Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2020

Para la siguiente reacción de oxidación-reducción:

$\text{I}_2 + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{HIO}_3 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}$

a) ¿Qué especie es la oxidante y cuál la reductora? ¿Qué especie se oxida y cuál se reduce? (0,4 puntos)

b) Ajuste la reacción iónica por el método del ion-electrón. (1 punto)

c) Ajuste la reacción global. (0,6 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué especie es la oxidante y cuál la reductora? ¿Qué especie se oxida y cuál se reduce? (0,4 puntos)}$

Se asignan números de oxidación a los elementos que cambian.

El yodo pasa de $0$ en el $\mathrm{I_2}$, elemento libre, a $+5$ en el $\mathrm{HIO_3}$. Pierde electrones, luego $\textbf{se oxida}$.

El nitrógeno pasa de $+5$ en el $\mathrm{HNO_3}$ a $+2$ en el NO. Gana tres electrones, luego $\textbf{se reduce}$.

Por tanto, la especie $\textbf{oxidante}$ es el ácido nítrico, $\mathrm{HNO_3}$, y la $\textbf{reductora}$ es el yodo molecular, $\mathrm{I_2}$.

Conviene notar que el ácido nítrico diluido se reduce a NO, mientras que el concentrado lo hace a $\mathrm{NO_2}$; el propio enunciado indica cuál es el producto en este caso.

$\textbf{b) Ajuste la reacción iónica por el método del ion-electrón. (1 punto)}$

Semirreacción de oxidación, en medio ácido. Los dos átomos de yodo pasan de $0$ a $+5$, de modo que se ceden 10 electrones; los oxígenos que necesita el yodato proceden del agua y los hidrógenos sobrantes quedan como protones:

$\mathrm{I_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\,\mathrm{IO_3^-} + 12\,\mathrm{H^+} + 10\,e^-$

Semirreacción de reducción:

$\mathrm{NO_3^-} + 4\,\mathrm{H^+} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

El mínimo común múltiplo de 10 y 3 es 30, así que se multiplica la primera por 3 y la segunda por 10:

$3\,\mathrm{I_2} + 18\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 6\,\mathrm{IO_3^-} + 36\,\mathrm{H^+} + 30\,e^-$

$10\,\mathrm{NO_3^-} + 40\,\mathrm{H^+} + 30\,e^- \rightarrow 10\,\mathrm{NO} + 20\,\mathrm{H_2O}$

Sumando ambas y simplificando los electrones, los protones y las moléculas de agua que aparecen a los dos lados:

$3\,\mathrm{I_2} + 10\,\mathrm{NO_3^-} + 4\,\mathrm{H^+} \rightarrow 6\,\mathrm{IO_3^-} + 10\,\mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación de la carga: a la izquierda, $-10 + 4 = -6$; a la derecha, $6 \cdot (-1) = -6$.

$\textbf{c) Ajuste la reacción global. (0,6 puntos)}$

Los 10 nitratos y los 4 protones de la ecuación iónica proceden de 10 moléculas de ácido nítrico, y los 6 yodatos se combinan con los 6 protones restantes para formar el ácido yódico:

$3\,\mathrm{I_2} + 10\,\mathrm{HNO_3} \rightarrow 6\,\mathrm{HIO_3} + 10\,\mathrm{NO} + 2\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación átomo a átomo: I, $6 = 6$; N, $10 = 10$; H, $10 = 6 + 4$; O, $30 = 18 + 10 + 2$.