Ejercicio resuelto de Varios · Química · Aragón · 2024

Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Considere la siguiente reacción sin ajustar y los potenciales estándar de reducción de los reactivos:

$\text{NO} + \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O}$ ---- $\text{HNO}_3 + \text{HI}$

$\varepsilon^{o}(\text{NO}_3^-/\text{NO}) = +0{,}96\ \text{V};\qquad \varepsilon^{o}(\text{I}_2/\text{I}^-) = +0{,}53\ \text{V}$

¿En qué sentido, derecha o izquierda, transcurrirá esta reacción de forma espontánea? ¿Qué reactivo es el que se reduce y cuál se oxida en la reacción espontánea? (1 punto)

b) En la reacción de potasio con azufre, $2\,\text{K} + \text{S} \rightarrow \text{K}_2\text{S}$, ¿son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones? Indique la semirreacción que ocurre en cada caso:

i) El potasio capta electrones y por lo tanto es el oxidante. (0,5 puntos)

ii) El azufre es la especie que se reduce. (0,5 puntos)

$\textbf{a) ¿En qué sentido, derecha o izquierda, transcurrirá esta reacción de forma espontánea? ¿Qué reactivo es el que se reduce y cuál se oxida en la reacción espontánea? (1 punto)}$

Un proceso redox es espontáneo cuando $\Delta G^o < 0$ y, como $\Delta G^o = -n\,F\,\Delta \varepsilon^o$, eso equivale a exigir que la fem sea positiva:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\text{reducción}) - \varepsilon^o(\text{oxidación}) > 0$

Solo hay una manera de conseguirlo con estos dos pares: el de mayor potencial ha de ser el que se reduzca. El del nitrato vale $+0{,}96$ V y el del yodo $+0{,}53$ V, así que se reduce el $\mathrm{NO_3^-}$ y se oxida el $\mathrm{I^-}$:

$\Delta \varepsilon^o = 0{,}96 - 0{,}53 = +0{,}43\ \mathrm{V}$

Ahora bien, en la ecuación tal y como está escrita el NO y el $\mathrm{I_2}$ figuran a la izquierda, es decir, el nitrato y el yoduro están a la derecha. Por tanto la reacción espontánea es la inversa de la escrita:

$\mathrm{NO} + \mathrm{I_2} + \mathrm{H_2O} \leftarrow \mathrm{HNO_3} + \mathrm{HI}$

La reacción transcurre espontáneamente hacia la izquierda. En ese sentido, el reactivo que se reduce es el $\mathrm{HNO_3}$, cuyo nitrógeno baja de $+5$ a $+2$, y el que se oxida es el HI, cuyo yodo sube de $-1$ a $0$.

$\textbf{b) i) El potasio capta electrones y por lo tanto es el oxidante. (0,5 puntos)}$

Falsa. El potasio es un metal alcalino con un solo electrón de valencia, y lo que hace es cederlo:

$\mathrm{K} \rightarrow \mathrm{K^+} + e^-$

Al perder electrones se oxida, de modo que actúa como agente reductor, no como oxidante. La confusión habitual es esta: el que se oxida es el que reduce al otro.

$\textbf{b) ii) El azufre es la especie que se reduce. (0,5 puntos)}$

Verdadera. El azufre pasa de número de oxidación $0$ en $\mathrm{S}$ a $-2$ en el $\mathrm{K_2S}$, luego capta los dos electrones que cede la pareja de átomos de potasio:

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

Efectivamente se reduce, y por eso es el agente oxidante de la reacción.