Ejercicio resuelto de Química · 2023

El hipoclorito de sodio, $\text{NaClO}$, reacciona con el hidróxido de cromo(III), ${\text{Cr(OH)}}_3$, en presencia de hidróxido sódico, $\text{NaOH}$, generándose, entre otras especies, los aniones cloruro, ${\text{Cl}}^{-}$, y cromato, ${\text{CrO}}_4^{2-}$.

a) Identifique el elemento que se reduce y sus estados de oxidación inicial y final. [0,25 puntos]

b) Escriba la semirreacción de reducción, en forma iónica, ajustada en medio básico. [0,25 puntos]

c) Identifique el elemento que se oxida y sus estados de oxidación inicial y final. [0,25 puntos]

d) Escriba la semirreacción de oxidación, en forma iónica, ajustada en medio básico. [0,25 puntos]

e) Escriba la reacción de oxidación-reducción, en forma iónica, ajustada. [0,50 puntos]

f) Escriba la reacción de oxidación-reducción, en forma molecular, ajustada. [0,50 puntos]

Antes de nada conviene asignar los números de oxidación de los elementos que cambian. En el hipoclorito, $\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}^{-}$, el oxígeno actúa con $-2$, de modo que al cloro le corresponde $+1$; en el anión cloruro es $-1$. Y el cromo pasa de $+3$ en el hidróxido a $+6$ en el cromato.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{reduce}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{estados}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{inicial}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{final.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se reduce el $\mathbf{\text{cloro}}$, que gana electrones al bajar su número de oxidación:

$\mathrm{C}\mathrm{l}:+1(\text{en }\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}^{-})⟶-1(\text{en }\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-})$

Gana, por tanto, dos electrones por átomo. El hipoclorito de sodio es el oxidante de la reacción, que es exactamente para lo que se usa la lejía.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{semirreacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica,}}\mathbf{\text{ajustada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{medio}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

En medio básico el oxígeno que sobra se ajusta con agua a un lado e hidroxilos al otro:

$\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2e^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+2\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

Comprobación: Cl 1 = 1; O 2 = 2; H 2 = 2; carga $-1-2=-3$ a la izquierda y $-1-2=-3$ a la derecha.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{oxida}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{estados}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{inicial}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{final.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se oxida el $\mathbf{\text{cromo}}$, que pierde electrones al subir su número de oxidación:

$\mathrm{C}\mathrm{r}:+3(\text{en }\mathrm{C}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3)⟶+6(\text{en }\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4^{2-})$

Pierde tres electrones por átomo, y es el reductor de la reacción.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{semirreacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica,}}\mathbf{\text{ajustada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{medio}}\mathbf{\text{b}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$\mathrm{C}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3+5\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4^{2-}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+3e^{-}$

Comprobación: Cr 1 = 1; O $3+5=8$ y $4+4=8$; H $3+5=8$ y $8$; carga $-5$ a la izquierda y $-2-3=-5$ a la derecha.

$\mathbf{\text{e)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n-reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica,}}\mathbf{\text{ajustada.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Para que los electrones se cancelen hay que igualar su número: la reducción capta 2 y la oxidación cede 3, así que se multiplica la primera por 3 y la segunda por 2, y las dos intercambian 6.

$3\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}^{-}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+6e^{-}\to 3\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+6\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$

$2\mathrm{C}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3+10\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to 2\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4^{2-}+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+6e^{-}$

Se suman y se simplifican las especies que aparecen a los dos lados: de los 10 hidroxilos de la izquierda quedan 4, y de las 8 aguas de la derecha, 5.

$3\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}^{-}+2\mathrm{C}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3+4\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to 3\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+2\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4^{2-}+5{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación completa: Cl 3 = 3; Cr 2 = 2; O $3+6+4=13$ y $8+5=13$; H $6+4=10$ y $10$; carga $-3-4=-7$ y $-3-4=-7$.

$\mathbf{\text{f)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n-reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{molecular,}}\mathbf{\text{ajustada.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Basta devolver los contraiones sodio: el hipoclorito venía como $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}$, los hidroxilos como $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$, y con los siete sodios disponibles se forman el cloruro de sodio y el cromato de sodio.

$3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}+2\mathrm{C}\mathrm{r}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3+4\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to 3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+2\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4+5{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación del sodio, que es lo único nuevo: $3+4=7$ a la izquierda y $3+2\cdot 2=7$ a la derecha. El resto de los átomos ya estaba ajustado en la forma iónica.