Ejercicio resuelto de 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]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{semirreacciones}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{global.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

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 $\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}$: gana cinco electrones, se reduce.

$\mathbf{\text{Semirreacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$. 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:

$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+2{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}$

$\mathbf{\text{Semirreacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, en medio ácido:

$\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}+5e^{-}\to \mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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.

$5\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+5{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 5\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+10{\mathrm{H}}^{+}+10e^{-}$

$2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+16{\mathrm{H}}^{+}+10e^{-}\to 2\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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

$5\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+6{\mathrm{H}}^{+}\to 5\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+2\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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:

$5\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+5\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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 $8+15+4+3=30$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{especie}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reductora.}}\mathbf{\text{[0,40}}\mathbf{\text{puntos]}}$

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

$\mathbf{\text{Oxidante}}$: el permanganato de sodio, $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$, cuyo manganeso pasa de $+7$ a $+2$.

$\mathbf{\text{Reductor}}$: el nitrito de sodio, $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$, 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.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{anterior.}}\mathbf{\text{[0,60}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Fórmula	Nombre $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$	nitrito de sodio $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$	permanganato de sodio, tetraoxomanganato(VII) de sodio $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$	sulfato de manganeso(II) $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$	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 $\mathbf{\text{-ito}}$, y $+5$ en el nitrato, con la terminación $\mathbf{\text{-ato}}$. Esa diferencia es justamente la que hace posible esta reacción.