Ejercicio resuelto de Química · 2023

a) Justifique si en las siguientes reacciones la especie de cobre usada como reactivo se comporta como agente oxidante o como agente reductor, indicando su semirreacción:

i) $\text{Zn}+2{\text{CuSO}}_4\to {\text{ZnSO}}_4+{\text{Cu}}_2{\text{SO}}_4$ (0,5 puntos)

ii) $\text{Cu}+\frac{1}{2}{\text{Cl}}_2\to \text{CuCl}$ (0,5 puntos)

iii) $2{\text{Cu}}_2\text{O}+{\text{O}}_2\to 4\text{CuO}$ (0,5 puntos)

b) Ordene las siguientes especies de menor a mayor número de oxidación del nitrógeno. Justifique la respuesta. (0,5 puntos)

i) ${\text{NaNO}}_2$

ii) ${\text{N}}_2\text{O}$

iii) ${\text{Na}}_3\text{N}$

iv) $\text{NO}$

v) ${\text{N}}_2$

$\mathbf{\text{a.i)}}\mathbf{\text{Zn}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{CuSO₄}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{ZnSO₄}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Cu₂SO₄}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Hay que mirar cómo cambia el número de oxidación del cobre. En el $\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ es $+2$ y en el $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ pasa a $+1$, porque el sulfato sigue siendo divalente y ahora lo comparten dos cobres.

$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+e^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{+}$

El cobre gana un electrón y disminuye su número de oxidación: se reduce. Por tanto el $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ actúa como agente oxidante, y el que se oxida es el cinc.

$\mathbf{\text{a.ii)}}\mathbf{\text{Cu}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{½}}\mathbf{\text{Cl₂}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{CuCl}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El cobre parte del elemento libre, con número de oxidación $0$, y acaba como $+1$ en el cloruro de cobre(I).

$\mathrm{C}\mathrm{u}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{+}+e^{-}$

Pierde un electrón y aumenta su número de oxidación: se oxida. El cobre metálico es aquí el agente reductor, y el cloro el oxidante.

$\mathbf{\text{a.iii)}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{Cu₂O}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{O₂}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{CuO}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En el $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$ el cobre es $+1$ y en el CuO pasa a $+2$.

$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{+}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+e^{-}$

Vuelve a perder un electrón, así que se oxida y actúa como agente reductor. Quien se reduce es el oxígeno molecular, que pasa de $0$ a $-2$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{nitr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En todas estas especies el oxígeno actúa con $-2$ y el sodio con $+1$; la suma de los números de oxidación ha de ser cero en un compuesto neutro y cero también en un elemento libre. Con eso queda determinado el del nitrógeno en cada caso:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2:+1+x+2(-2)=0\Rightarrow x=+3$

${\mathrm{N}}_2\mathrm{O}:2x+(-2)=0\Rightarrow x=+1$

$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_3\mathrm{N}:3(+1)+x=0\Rightarrow x=-3$

$\mathrm{N}\mathrm{O}:x+(-2)=0\Rightarrow x=+2$

${\mathrm{N}}_2:x=0$, por tratarse de un elemento en su forma libre.

Ordenando de menor a mayor:

$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_3\mathrm{N}<{\mathrm{N}}_2<{\mathrm{N}}_2\mathrm{O}<\mathrm{N}\mathrm{O}<\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$