Ejercicio resuelto de Química · 2022

Cuando el yodo molecular, ${\text{I}}_2$, reacciona con el ácido nítrico, ${\text{HNO}}_3$, se produce ${\text{HIO}}_3$, dióxido de nitrógeno y agua.

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

a) Escriba y ajuste, por el método del ion-electrón, las semirreacciones de oxidación y reducción que tienen lugar. Indique cuál es el oxidante y cuál el reductor. [1 punto]

b) Escriba, ajustadas, la reacción iónica global y la reacción molecular global. [1 punto]

c) Calcule el volumen de ácido nítrico del 65 % de riqueza en masa y densidad $\mathrm{1,5}\text{ g}\cdot {\text{mL}}^{-1}$ que reacciona con 25,4 g de yodo molecular. [1 punto]

Datos: masas atómicas: $\text{I}=127$; $\text{N}=14$; $\text{O}=16$; $\text{H}=1$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{ajuste,}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{semirreacciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{reductor.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Números de oxidación: el yodo pasa de $0$ en el ${\mathrm{I}}_2$ a $+5$ en el $\mathrm{H}\mathrm{I}{\mathrm{O}}_3$, luego se oxida; el nitrógeno pasa de $+5$ en el $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ a $+4$ en el $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$, luego se reduce.

Semirreacción de oxidación. El yodo gana oxígenos, que se toman del agua, y los hidrógenos sobrantes quedan como protones:

${\mathrm{I}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{I}{\mathrm{O}}_3^{-}+12{\mathrm{H}}^{+}+10e^{-}$

Semirreacción de reducción:

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

El oxidante es el $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$, que se reduce, y el reductor el ${\mathrm{I}}_2$, que se oxida. Es un caso poco habitual: el yodo molecular, que suele actuar de oxidante, aquí se ve obligado a oxidarse porque el ácido nítrico concentrado es un oxidante más fuerte.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba,}}\mathbf{\text{ajustadas,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{global}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{global.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Hay que multiplicar la reducción por 10 para igualar los electrones:

$10\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+20{\mathrm{H}}^{+}+10e^{-}\to 10\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+10{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Sumando y simplificando el agua y los protones que aparecen en los dos lados:

${\mathrm{I}}_2+10\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}\to 2\mathrm{I}{\mathrm{O}}_3^{-}+10\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Se comprueba la carga: a la izquierda $-10+8=-2$; a la derecha $2\cdot (-1)=-2$.

Ecuación molecular:

${\mathrm{I}}_2+10\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3\to 2\mathrm{H}\mathrm{I}{\mathrm{O}}_3+10\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación: I 2 = 2; N 10 = 10; H 10 = 2 + 8; O 30 = 6 + 20 + 4.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{trico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{65}}\mathbf{\text{\%}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{riqueza}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{masa}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{densidad}}\mathbf{\text{1,5}}\mathbf{\text{g/mL}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{25,4}}\mathbf{\text{g}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{yodo}}\mathbf{\text{molecular.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

$M({\mathrm{I}}_2)=2\cdot 127=254\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\Rightarrow n({\mathrm{I}}_2)=\frac{\mathrm{25,4}}{254}=\mathrm{0,100}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Por la ecuación ajustada, cada mol de yodo consume 10 de ácido:

$n(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=10\cdot \mathrm{0,100}=\mathrm{1,00}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$M(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=1+14+3\cdot 16=63\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$m(\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3)=\mathrm{1,00}\cdot 63=\mathrm{63,0}\mathrm{g}$

Esos 63 g son de ácido $\mathbf{\text{puro}}$, pero la disolución solo tiene un 65 \% en masa. La masa de disolución que los contiene es:

$m_{\text{disoluci}\acute{\text{o}}\text{n}}=\frac{\mathrm{63,0}}{\mathrm{0,65}}=\mathrm{96,9}\mathrm{g}$

Y con la densidad se pasa a volumen:

$V=\frac{\mathrm{96,9}}{\mathrm{1,5}}=\mathrm{64,6}\mathrm{m}\mathrm{L}$