Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2020

Sea la reacción $\text{NaNO}_2 + \text{NaMnO}_4 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightleftharpoons \text{MnSO}_4 + \text{NaNO}_3 + \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}$.

a) Ajuste por el método del ion-electrón las semirreacciones y la reacción global. [1,0 punto]

b) Indique cuál es la especie oxidante y cuál la reductora. [0,40 puntos]

c) Nombre los siguientes compuestos de la reacción anterior: $\text{NaNO}_2$; $\text{NaMnO}_4$; $\text{MnSO}_4$; $\text{NaNO}_3$. [0,60 puntos]

$\textbf{a) Ajuste por el método del ion-electrón las semirreacciones y la reacción global. [1,0 punto]}$

Conviene empezar mirando los números de oxidación de los elementos que cambian:

El nitrógeno pasa de $+3$ en el nitrito a $+5$ en el nitrato: pierde dos electrones, se oxida.

El manganeso pasa de $+7$ en el permanganato a $+2$ en el $\mathrm{Mn^{2+}}$: gana cinco electrones, se reduce.

$\textbf{Semirreacción de oxidación}$. Falta un oxígeno a la derecha, que se aporta con una molécula de agua a la izquierda; los hidrógenos que sobran se compensan con protones:

$\mathrm{NO_2^-} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{NO_3^-} + 2\,\mathrm{H^+} + 2\,e^-$

$\textbf{Semirreacción de reducción}$, en medio ácido:

$\mathrm{MnO_4^-} + 8\,\mathrm{H^+} + 5\,e^- \rightarrow \mathrm{Mn^{2+}} + 4\,\mathrm{H_2O}$

Para que los electrones se cancelen hay que igualarlos al mínimo común múltiplo de 2 y 5, que es 10: la oxidación se multiplica por 5 y la reducción, por 2.

$5\,\mathrm{NO_2^-} + 5\,\mathrm{H_2O} \rightarrow 5\,\mathrm{NO_3^-} + 10\,\mathrm{H^+} + 10\,e^-$

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + 16\,\mathrm{H^+} + 10\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 8\,\mathrm{H_2O}$

Sumando y simplificando lo que se repite a ambos lados —10 protones y 5 moléculas de agua—, queda la ecuación iónica:

$5\,\mathrm{NO_2^-} + 2\,\mathrm{MnO_4^-} + 6\,\mathrm{H^+} \rightarrow 5\,\mathrm{NO_3^-} + 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 3\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación: cargas, $-5 - 2 + 6 = -1$ a la izquierda y $-5 + 4 = -1$ a la derecha; oxígenos, $10 + 8 = 18$ frente a $15 + 3 = 18$.

Para la forma molecular se devuelven los contraiones. Los 6 protones proceden de 3 moléculas de ácido sulfúrico, y sus sulfatos se reparten entre el manganeso(II) y el sodio sobrante:

$5\,\mathrm{NaNO_2} + 2\,\mathrm{NaMnO_4} + 3\,\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 2\,\mathrm{MnSO_4} + 5\,\mathrm{NaNO_3} + \mathrm{Na_2SO_4} + 3\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación: sodios, $5 + 2 = 7$ a la izquierda y $5 + 2 = 7$ a la derecha; azufres, 3 = 2 + 1; oxígenos, $10 + 8 + 12 = 30$ frente a $8 + 15 + 4 + 3 = 30$.

$\textbf{b) Indique cuál es la especie oxidante y cuál la reductora. [0,40 puntos]}$

El que se reduce es el oxidante, porque provoca la oxidación del otro llevándose sus electrones; y el que se oxida es el reductor.

$\textbf{Oxidante}$: el permanganato de sodio, $\mathrm{NaMnO_4}$, cuyo manganeso pasa de $+7$ a $+2$.

$\textbf{Reductor}$: el nitrito de sodio, $\mathrm{NaNO_2}$, cuyo nitrógeno pasa de $+3$ a $+5$.

El nitrito es un caso interesante porque su nitrógeno está en un estado de oxidación intermedio y, según con quién reaccione, puede actuar de oxidante o de reductor. Frente a un oxidante tan enérgico como el permanganato se comporta como reductor.

$\textbf{c) Nombre los siguientes compuestos de la reacción anterior. [0,60 puntos]}$

Fórmula	Nombre $\mathrm{NaNO_2}$	nitrito de sodio $\mathrm{NaMnO_4}$	permanganato de sodio, tetraoxomanganato(VII) de sodio $\mathrm{MnSO_4}$	sulfato de manganeso(II) $\mathrm{NaNO_3}$	nitrato de sodio

Conviene fijarse en el par nitrito y nitrato, que se distinguen solo por un oxígeno y por el estado de oxidación del nitrógeno: $+3$ en el nitrito, con la terminación $\textbf{-ito}$, y $+5$ en el nitrato, con la terminación $\textbf{-ato}$. Esa diferencia es justamente la que hace posible esta reacción.