Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2020

Para la reacción redox siguiente:

$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{HI} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O}$

a) Identifique la sustancia oxidante y la reductora, así como la que se oxida y la que se reduce. (0,4 puntos)

b) Realice el ajuste por el método del ion-electrón indicando las correspondientes semirreacciones. (1 punto)

c) Dé la correspondiente reacción molecular ajustada. (0,6 puntos)

$\textbf{a) Identifique la sustancia oxidante y la reductora, así como la que se oxida y la que se reduce. (0,4 puntos)}$

Se asignan números de oxidación a los elementos que cambian.

En el $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$, con el potasio a $+1$ y el oxígeno a $-2$, el cromo actúa con $+6$; en el $\mathrm{Cr_2(SO_4)_3}$ pasa a $+3$. Gana electrones, luego $\textbf{se reduce}$.

En el HI el yodo está a $-1$ y en el $\mathrm{I_2}$, elemento libre, a $0$. Pierde electrones, luego $\textbf{se oxida}$.

El azufre del ácido sulfúrico mantiene su número de oxidación $+6$ en los sulfatos: no interviene en el proceso redox, solo aporta el medio ácido y el anión que acompaña a los cationes.

Por tanto, la sustancia $\textbf{oxidante}$ es el dicromato de potasio, $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$, y la $\textbf{reductora}$ es el yoduro de hidrógeno, $\mathrm{HI}$.

$\textbf{b) Realice el ajuste por el método del ion-electrón indicando las correspondientes semirreacciones. (1 punto)}$

Semirreacción de reducción, en medio ácido. Se ajusta primero el cromo, después los oxígenos con moléculas de agua, luego los hidrógenos con protones y por último la carga con electrones:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 14\,\mathrm{H^+} + 6\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Semirreacción de oxidación:

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

Para igualar los electrones intercambiados hay que multiplicarla por 3:

$6\,\mathrm{I^-} \rightarrow 3\,\mathrm{I_2} + 6\,e^-$

Sumando ambas y simplificando los 6 electrones se obtiene la ecuación iónica global:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 14\,\mathrm{H^+} + 6\,\mathrm{I^-} \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 3\,\mathrm{I_2} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación de la carga: a la izquierda, $-2 + 14 - 6 = +6$; a la derecha, $2 \cdot (+3) = +6$.

$\textbf{c) Dé la correspondiente reacción molecular ajustada. (0,6 puntos)}$

Se devuelven los iones espectadores. Los 6 yoduros proceden de 6 moléculas de HI, que aportan además 6 protones; los 8 protones restantes hasta 14 proceden de 4 moléculas de ácido sulfúrico, cuyos 4 sulfatos se reparten entre los dos cromos, que necesitan tres, y los dos potasios, que necesitan uno.

$\mathrm{K_2Cr_2O_7} + 6\,\mathrm{HI} + 4\,\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{K_2SO_4} + \mathrm{Cr_2(SO_4)_3} + 3\,\mathrm{I_2} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación átomo a átomo: K, $2 = 2$; Cr, $2 = 2$; I, $6 = 6$; S, $4 = 1 + 3$; H, $6 + 8 = 14$; O, $7 + 16 = 4 + 12 + 7 = 23$.