Ejercicio resuelto de Química · 2025

La corrosión es un proceso de degradación de los metales debido a reacciones con su entorno. Se trata de un problema de gran magnitud que causa graves daños a infraestructuras y equipos, con un elevado impacto económico (un 3.5% del PIB mundial). Uno de los procesos implicados en la corrosión es la oxidación.
2A El Al es un metal muy reductor ($E^{\circ }(\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{l})=-\mathrm{1,67}\mathrm{V}$), por lo que no debería ser adecuado como material de construcción. En cambio, es ampliamente utilizado, y esto es debido a que se pasiva, recubriéndose de una fina capa de óxido que actúa como barrera protectora frente a la corrosión de todo el material.

a) Explique brevemente qué significa que el Al es muy reductor. (0,25 puntos)
b) Un método industrial para pasivar el Al es mediante su reacción con ${\mathrm{K}}_2\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7$ en medio ácido, generando iones $\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}$ y la capa protectora de $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$. La reacción, en forma iónica y sin ajustar, es:
$\mathrm{A}\mathrm{l}+\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}+{\mathrm{H}}^{+}⟶\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
b1) Ajuste la reacción, en forma iónica, mediante el método del ion-electrón, indicando cuál es la semirreacción de reducción y cuál la de oxidación. (1,20 puntos)
b2) Nombre los compuestos ${\mathrm{K}}_2\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7$ y $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$. (0,30 puntos)
b3) Explique brevemente cómo variará el pH durante el transcurso de la reacción. (0,25 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{significa}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{Al}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{reductor.}}\mathbf{\text{(0,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Un reductor es la especie que cede electrones y, al cederlos, se oxida. Que el aluminio sea muy reductor significa que se oxida con mucha facilidad.

Eso es lo que dice su potencial estándar de reducción, muy negativo:

$E^0(\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{l})=-\mathrm{1,67}\text{ V}$

Cuanto más negativo es el potencial de reducción de un par, menos tendencia tiene el catión a reducirse y más tendencia tiene el metal a perder electrones.

$\mathbf{\text{b1)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica,}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{semirreacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1,20}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Semirreacción de reducción. El cromo pasa de $+6$ a $+3$; se ajustan los oxígenos con agua, los hidrógenos con protones y la carga con electrones:

$\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}+14{\mathrm{H}}^{+}+6e^{-}\to 2\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Semirreacción de oxidación. El aluminio pasa de $0$ a $+3$, y como el producto es un óxido hay que aportarle el oxígeno con agua:

$2\mathrm{A}\mathrm{l}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+6{\mathrm{H}}^{+}+6e^{-}$

Las dos intercambian seis electrones, así que se suman sin multiplicar nada:

$2\mathrm{A}\mathrm{l}+\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}+14{\mathrm{H}}^{+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+6{\mathrm{H}}^{+}+7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Quedan protones y agua a los dos lados; simplificando:

$2\mathrm{A}\mathrm{l}+\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7^{2-}+8{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación: Al 2 = 2; Cr 2 = 2; O 7 = 3 + 4; H 8 = 8. Y la carga vale $-2+8=+6$ a la izquierda y $2\cdot (+3)=+6$ a la derecha.

${\mathbf{\text{b2)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{K}}}_2{\mathbf{\text{Cr}}}_2{\mathbf{\text{O}}}_7{\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Al}}}_2{\mathbf{\text{O}}}_3\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(0,30}}\mathbf{\text{puntos)}}$

${\mathrm{K}}_2\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7$ — dicromato de potasio, también heptaoxidodicromato(2−) de dipotasio.

$\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$ — óxido de aluminio, también trióxido de dialuminio; es la alúmina que forma la capa protectora.

$\mathbf{\text{b3)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{variar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{durante}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{transcurso}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,25}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En la ecuación ajustada los protones aparecen solo como reactivo, y en cantidad importante: ocho por cada dicromato.

A medida que avanza la reacción se van consumiendo esos ${\mathrm{H}}^{+}$, de modo que su concentración disminuye y el pH $\mathbf{\text{aumenta}}$: el medio se vuelve menos ácido.