Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2020

Cuando se mezclan disoluciones acuosas de dicromato de potasio, $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, y de ácido clorhídrico, $\text{HCl}$, se genera cloruro de cromo (III), $\text{CrCl}_3$, y cloruro de potasio, $\text{KCl}$, y se observa el desprendimiento gaseoso de cloro, $\text{Cl}_2$.

a) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón, en forma iónica y molecular, la reacción química que tiene lugar. [1,5 puntos]

b) Indique el compuesto que actúa como oxidante y el que actúa como reductor. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Escriba y ajuste por el método del ion-electrón, en forma iónica y molecular, la reacción química que tiene lugar. [1,5 puntos]}$

Primero se localizan los elementos que cambian de número de oxidación. En el dicromato, $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$, el oxígeno actúa con $-2$, de modo que a cada cromo le corresponde $+6$; en el $\mathrm{CrCl_3}$ está como $\mathrm{Cr^{3+}}$. Y el cloro pasa de $-1$ en el $\mathrm{HCl}$ a $0$ en el $\mathrm{Cl_2}$.

Semirreacción de oxidación. Hacen falta dos cloruros para formar una molécula de cloro:

$2\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cl_2} + 2\,e^-$

Semirreacción de reducción, ajustada en medio ácido. El dicromato tiene $\textbf{dos}$ cromos, así que da dos cationes $\mathrm{Cr^{3+}}$ y capta $2 \cdot 3 = 6$ electrones; los siete oxígenos se retiran como agua, lo que exige catorce protones:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 14\,\mathrm{H^+} + 6\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación de la carga: $-2 + 14 - 6 = +6$ a la izquierda y $2 \cdot (+3) = +6$ a la derecha.

Para que los electrones se cancelen se multiplica la oxidación por 3, con lo que las dos intercambian 6:

$6\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow 3\,\mathrm{Cl_2} + 6\,e^-$

Sumando, la ecuación $\textbf{iónica}$ global:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 6\,\mathrm{Cl^-} + 14\,\mathrm{H^+} \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 3\,\mathrm{Cl_2} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Para pasar a la forma $\textbf{molecular}$ hay que devolver los contraiones. Los 14 protones proceden de 14 moléculas de $\mathrm{HCl}$, que aportan 14 cloruros: 6 se oxidan a cloro y los otros 8 quedan como contraiones, 6 acompañando a los dos $\mathrm{Cr^{3+}}$ y 2 a los dos potasios del dicromato.

$\mathrm{K_2Cr_2O_7} + 14\,\mathrm{HCl} \rightarrow 2\,\mathrm{CrCl_3} + 2\,\mathrm{KCl} + 3\,\mathrm{Cl_2} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación completa, átomo por átomo: K $2 = 2$; Cr $2 = 2$; O $7 = 7$; H $14 = 14$; Cl $14$ a la izquierda y $2 \cdot 3 + 2 + 3 \cdot 2 = 14$ a la derecha.

Nótese el doble papel del ácido clorhídrico, que es lo que hace este ajuste algo laborioso: parte de su cloruro se oxida y parte se queda como contraión, y sus protones son además los que acidulan el medio.

$\textbf{b) Indique el compuesto que actúa como oxidante y el que actúa como reductor. [0,5 puntos]}$

El $\textbf{oxidante}$ es el que se reduce, es decir, el $\textbf{dicromato de potasio}$, $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$: su cromo baja de $+6$ a $+3$ captando electrones, y al hacerlo arranca los electrones al cloruro.

El $\textbf{reductor}$ es el que se oxida, el $\textbf{ácido clorhídrico}$, $\mathrm{HCl}$, o más precisamente su anión cloruro, que sube de $-1$ a $0$ cediendo electrones.

El cambio es fácil de seguir a simple vista: la disolución pasa del naranja intenso del dicromato al verde característico del $\mathrm{Cr^{3+}}$, mientras se desprende el cloro gaseoso, amarillo verdoso.