Ejercicio resuelto de Estequiometría · Química · 2021

7. Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción:
$\mathrm{KMnO_4\ +\ NaNO_2\ +\ H_2O\ \longrightarrow\ MnO_2\ +\ NaNO_3\ +\ KOH}$

a) Explique cuál es el agente oxidante y cuál el reductor. ¿Cuál de ellos capta electrones? (0,5 p)
b) Ajuste la reacción mediante el método del ion−electrón. (1,5 p)

$\textbf{a) Explique cuál es el agente oxidante y cuál el reductor. ¿Cuál de ellos capta electrones? (0{,}5 p)}$

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{KMnO_4}$ a $+4$ en el $\mathrm{MnO_2}$: gana tres electrones, se reduce, y el permanganato de potasio es el $\textbf{agente oxidante}$.

El nitrógeno pasa de $+3$ en el $\mathrm{NaNO_2}$ a $+5$ en el $\mathrm{NaNO_3}$: pierde dos electrones, se oxida, y el nitrito de sodio es el $\textbf{agente reductor}$.

El que $\textbf{capta}$ electrones es el oxidante, es decir, el ion permanganato.

$\textbf{b) Ajuste la reacción mediante el método del ion-electrón. (1{,}5 p)}$

Entre los productos aparece KOH, así que el medio es básico: los oxígenos se ajustan con agua y con hidroxilos, no con protones.

Semirreacción de reducción:

$\mathrm{MnO_4^-} + 2\,\mathrm{H_2O} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{MnO_2} + 4\,\mathrm{OH^-}$

Semirreacción de oxidación:

$\mathrm{NO_2^-} + 2\,\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{NO_3^-} + \mathrm{H_2O} + 2\,e^-$

El mínimo común múltiplo de 3 y 2 es 6, así que se multiplica la reducción por 2 y la oxidación por 3, y se suman:

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + 4\,\mathrm{H_2O} + 3\,\mathrm{NO_2^-} + 6\,\mathrm{OH^-} \rightarrow 2\,\mathrm{MnO_2} + 8\,\mathrm{OH^-} + 3\,\mathrm{NO_3^-} + 3\,\mathrm{H_2O}$

Simplificando el agua y los hidroxilos que aparecen a ambos lados:

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + \mathrm{H_2O} + 3\,\mathrm{NO_2^-} \rightarrow 2\,\mathrm{MnO_2} + 2\,\mathrm{OH^-} + 3\,\mathrm{NO_3^-}$

Devolviendo los iones espectadores —los potasio y los sodio— se obtiene la ecuación molecular:

$2\,\mathrm{KMnO_4} + 3\,\mathrm{NaNO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow 2\,\mathrm{MnO_2} + 3\,\mathrm{NaNO_3} + 2\,\mathrm{KOH}$

Comprobación: K 2 = 2; Mn 2 = 2; Na 3 = 3; N 3 = 3; H 2 = 2; O $8 + 6 + 1 = 15$ y $4 + 9 + 2 = 15$.