Ejercicio resuelto de Estequiometría · Química · 2023

7. Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción (sin ajustar): $\mathrm{P\ +\ HNO_3\ +\ H_2O\ \longrightarrow\ H_3PO_4\ +\ NO}$

a) Indique cuál es el agente oxidante y el reductor, y cómo varían sus estados de oxidación. (0,50 p)
b) Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón. (1,50 p)

$\textbf{a) Indique cuál es el agente oxidante y el reductor, y cómo varían sus estados de oxidación. (0{,}50 p)}$

El fósforo entra como sustancia simple, con número de oxidación $0$, y sale como $+5$ en el $\mathrm{H_3PO_4}$. Pierde cinco electrones por átomo, se oxida, y es el $\textbf{agente reductor}$.

El nitrógeno pasa de $+5$ en el $\mathrm{HNO_3}$ a $+2$ en el NO. Gana tres electrones, se reduce, y el ácido nítrico es el $\textbf{agente oxidante}$.

$\textbf{b) Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón. (1{,}50 p)}$

Semirreacción de oxidación, en medio ácido. Los oxígenos se ajustan con agua, los hidrógenos con protones y la carga con electrones:

$\mathrm{P} + 4\,\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{PO_4^{3-}} + 8\,\mathrm{H^+} + 5\,e^-$

Semirreacción de reducción:

$\mathrm{NO_3^-} + 4\,\mathrm{H^+} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

El mínimo común múltiplo de 5 y 3 es 15, así que se multiplica la oxidación por 3 y la reducción por 5:

$3\,\mathrm{P} + 12\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 3\,\mathrm{PO_4^{3-}} + 24\,\mathrm{H^+} + 15\,e^-$

$5\,\mathrm{NO_3^-} + 20\,\mathrm{H^+} + 15\,e^- \rightarrow 5\,\mathrm{NO} + 10\,\mathrm{H_2O}$

Sumando y simplificando el agua y los protones que aparecen a los dos lados:

$3\,\mathrm{P} + 2\,\mathrm{H_2O} + 5\,\mathrm{NO_3^-} \rightarrow 3\,\mathrm{PO_4^{3-}} + 5\,\mathrm{NO} + 4\,\mathrm{H^+}$

Para la forma molecular se devuelven los protones que acompañan a cada anión: nueve para los tres fosfatos y cinco para los cinco nitratos.

$3\,\mathrm{P} + 5\,\mathrm{HNO_3} + 2\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 3\,\mathrm{H_3PO_4} + 5\,\mathrm{NO}$

Comprobación: P 3 = 3; N 5 = 5; H $5 + 4 = 9$ a la izquierda y $3 \cdot 3 = 9$ a la derecha; O $15 + 2 = 17$ y $12 + 5 = 17$.