Ejercicio resuelto de Varios · Química · Islas Baleares · 2021

La reacción química siguiente, que tiene lugar en medio ácido, corresponde a un proceso redox:

$\mathrm{KI(aq)} + \mathrm{KNO_2(aq)} + \mathrm{H_2SO_4(aq)} \rightarrow \mathrm{I_2(aq)} + \mathrm{NO(g)} + \mathrm{H_2O(l)} + \mathrm{K_2SO_4(aq)}$

a) Ajuste la reacción iónica y molecular por el método del ion-electrón.

b) Calcule el volumen de NO (g) que se genera cuando, en un medio ácido, reaccionan 2 moles de KI (aq) con un exceso de $\mathrm{KNO_2(aq)}$, medido a 1 atm y 25 °C.

Datos: $R = 0{,}082\ \mathrm{atm\ L\ mol^{-1}\ K^{-1}}$.

$\textbf{a) Ajuste la reacción iónica y molecular por el método del ion-electrón.}$

Se empieza asignando números de oxidación. El yodo pasa de $-1$ en el KI a $0$ en el $\mathrm{I_2}$: se oxida. El nitrógeno pasa de $+3$ en el $\mathrm{KNO_2}$ a $+2$ en el NO: se reduce.

Semirreacción de oxidación:

$2\,\mathrm{I^-} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\,e^-$

Semirreacción de reducción, en medio ácido, ajustando el oxígeno con agua y el hidrógeno con protones:

$\mathrm{NO_2^-} + 2\,\mathrm{H^+} + e^- \rightarrow \mathrm{NO} + \mathrm{H_2O}$

Para igualar los electrones se multiplica la reducción por 2:

$2\,\mathrm{NO_2^-} + 4\,\mathrm{H^+} + 2\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

Sumando ambas se cancelan los electrones y queda la ecuación iónica global:

$2\,\mathrm{I^-} + 2\,\mathrm{NO_2^-} + 4\,\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\,\mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

Para la forma molecular se devuelven los contraiones: los yoduros y los nitritos venían acompañados de potasio, y los protones proceden del ácido sulfúrico, cuyos sulfatos acaban en la sal de potasio.

$2\,\mathrm{KI} + 2\,\mathrm{KNO_2} + 2\,\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\,\mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O} + 2\,\mathrm{K_2SO_4}$

Comprobación: K 4 = 4; I 2 = 2; N 2 = 2; S 2 = 2; H 4 = 4; O 12 = 2 + 2 + 8.

$\textbf{b) Calcule el volumen de NO (g) que se genera cuando, en un medio ácido, reaccionan 2 moles de KI (aq) con un exceso de KNO₂(aq), medido a 1 atm y 25 °C.}$

El nitrito está en exceso, así que el reactivo limitante es el yoduro de potasio. Según la ecuación ajustada, cada 2 mol de KI producen 2 mol de NO, es decir, la proporción es 1 a 1:

$n(\mathrm{NO}) = n(\mathrm{KI}) = 2\ \mathrm{mol}$

Con la ecuación de los gases ideales, a $T = 25 + 273 = 298$ K:

$V = \dfrac{n\,R\,T}{P} = \dfrac{2 \cdot 0{,}082 \cdot 298}{1}$

$V(\mathrm{NO}) = 48{,}9\ \mathrm{L}$