Ejercicio resuelto de Química · 2021

7. Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción:
$\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$

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)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{agente}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{reductor.}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{capta}}\mathbf{\text{electrones?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{p)}}$

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$ a $+4$ en el $\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2$: gana tres electrones, se reduce, y el permanganato de potasio es el $\mathbf{\text{agente}}\mathbf{\text{oxidante}}$.

El nitrógeno pasa de $+3$ en el $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ a $+5$ en el $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$: pierde dos electrones, se oxida, y el nitrito de sodio es el $\mathbf{\text{agente}}\mathbf{\text{reductor}}$.

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

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1,5}}\mathbf{\text{p)}}$

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:

$\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+3e^{-}\to \mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2+4\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

Semirreacción de oxidación:

$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to \mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2e^{-}$

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:

$2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+3\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+6\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2+8\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}+3\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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

$2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+3\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}+3\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$

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

$2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4+3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_2+3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3+2\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$

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