Ajuste de ecuaciones redox - Colegio Marista La Inmaculada

AJUSTE DE REACCIONES REDOX
En todas las ecuaciones químicas anteriormente estudiadas, el proceso de ajuste se ha
llevado a cabo por simple tanteo, ya que era fácil determinar el coeficiente a colocar delante de
cada molécula para conseguir que se verificase la igualdad.
Sin embargo, las ecuaciones redox, debido a su complejidad, no pueden ser ajustadas por
este procedimiento, requiriéndose una técnica basada en procedimientos de cálculo.
Fundamentalmente, en las ecuaciones de oxidación-reducción, se consideran dos
procedimientos de ajuste:
- Método del número de oxidación.
- Método del ion electrón.
MÉTODO DEL NÚMERO DE OXIDACIÓN
Para ajustar una ecuación redox por el método del número de oxidación, se procede tal como
a continuación se detalla:
- Se escriben, independientemente, dos ecuaciones incompletas: una que contenga al
compuesto que se oxida y otra que contenga al compuesto que se reduce.
- Se ajustan en ambas ecuaciones los elementos oxidante y reductor, no importando que
los restantes elementos queden sin ajustar.
- Se multiplican los dos miembros de cada una de las ecuaciones por la variación en el
número de oxidación experimentado por la otra, sumando miembro a miembro las
igualdades obtenidas.
- Se suman a cada miembro las moléculas que sean necesarias para completar los
átomos que estén presentes en el otro miembro.
Ejemplos
l. El permanganato potásico oxida al ácido clorhídrico, produciéndose cloro, cloruro
manganoso, cloruro potásico y agua. Formular la reacción y ajustarla, utilizando el
procedimiento del número de oxidación.
En principio, formulamos la reacción:
HCl + KMn04
---> CI2 + MnCI2 + H20 + KCl
Para ajustarla, procedemos a realizar cada una de las cuatro etapas enunciadas:
- Considerando que el ácido clorhídrico se oxida, convirtiéndose en cloro, la ecuación de
oxidación es:
HCI ---> Cl2
Por otra parte, considerando que el permanganato potásico se reduce, convirtiéndose en
cloruro manganoso, la ecuación de reducción es:
KMn04
---> MnCl2
- A continuación, procedemos a ajustar los átomos de cloro, en la primera ecuación, y los
de manganeso, en la segunda, ya que son éstos los elementos que han experimentado la
oxidación y la reducción:
2 HCI ---> Cl2
KMn04 ---> MnCI2
- La variación en el número de oxidación del cloro es 1 (de -1 a 0), pero como en la ecuación
figuran dos átomos de cloro, la variación habida es 2. Por otra parte, la variación
experimentada por el número de oxidación del manganeso es 5 (de +7 a +2).
En consecuencia, y conforme se ha explicado, multiplicamos la primera ecuación por 5 y
la segunda por 2, sumando seguidamente las igualdades obtenidas:
10 HCI ---> 5 Cl2
2 KMn04 ---> 2 MnCl2
10 HCI + 2 KMn04 ---> 5 Cl2 + 2 MnCl2
- Por último, procedemos a añadir a cada miembro las moléculas que sean necesarias para
completar los átomos existentes en el otro miembro.
Para compensar los 8 átomos de oxígeno del primer miembro, añadimos 8 moléculas de
agua en el segundo miembro:
10 HCl + 2 KMn04
---> 5 Cl2 + 2 MnCl2 + 8 H20
Para compensar los 2 átomos de potasio del primer miembro, añadimos dos moléculas de
cloruro potásico en el segundo miembro:
10 HCl + 2 KMn04
---> 5 Cl2 + 2 MnCl2 + 8 H20+ 2 KCl
En el segundo miembro hay 16 átomos de cloro, mientras que en el primero solamente
hay 10. Para compensar la diferencia, añadimos 6 moléculas de ácido clorhídrico al
primer miembro, que, junto con las 10 que había, dan un total de 16 moléculas:
16 HC! + 2 KMn04
---> 5 CI2 + 2 MnCI2 + 8 H20 + 2 KC!
Con ello, como puede observarse, la reacción queda ajustada.
2. En presencia del ácido clorhídrico, el cromato potásico oxida al cloruro ferroso,
convirtiéndolo en cloruro férrico, produciéndose también cloruro crómico, cloruro potásico y
agua. Formular la reacción y ajustarla por el procedimiento del número de oxidación.
- El cloruro ferroso se oxida convirtiéndose en cloruro férrico, mientras que el cromato
potásico se reduce a cloruro crómico. En consecuencia, las ecuaciones de oxidación y
reducción son:
FeCl2 ---> FeCl3
K2Cr04 ---> CrCl3
- Como los elementos reductor y oxidante, el hierro en la primera y el cromo en la segunda,
se encuentran ya ajustados, pasamos directamente a la tercera fase.
- La variación del número de oxidación del hierro es 1 (de +2 a +3), en tanto que la
variación en el número de oxidación del cromo es 3 (de +6 a +3).
En consecuencia, multiplicamos por 3 los dos miembros de la primera ecuación y por 1
los de la segunda, sumando seguidamente las ecuaciones obtenidas:
3 FeCl2 ---> 3 FeCl3
K2Cr04 ---> CrCl3
3 FeCI2 + K2Cr04 ---> 3 FeCl3 + CrCl3
- Para compensar los cuatro átomos de oxígeno del primer miembro, añadimos cuatro
moléculas de agua en el segundo miembro:
3 FeCI2 + K2Cr04 ---> 3 FeCl3 + CrCl3 + 4 H20
Para compensar los dos átomos de potasio del primer miembro, añadimos dos moléculas
de cloruro potásico en el segundo miembro:
3 FeCI2 + K2Cr04
---> 3 FeCl3 + CrCl3 + 4 H20 + 2 KCI
Finalmente, como en el segundo miembro hay catorce átomos de cloro y en el primer
miembro hay solamente seis, para compensar la diferencia, añadimos al primer miembro
ocho moléculas de ácido clorhídrico, con lo que la ecuación queda ajustada:
6. MÉTODO DEL ION ELECTRÓN
Para ajustar una ecuación redox por el método del ion electrón, se procede tal como a
continuación se detalla:
- Se escriben, independientemente, dos ecuaciones iónicas incompletas: una que
contenga a la molécula o ion que se oxida y otra que contenga a la molécula o ion que
se reduce.
- Se ajustan ambas ecuaciones, tanto en sus masas como en sus cargas eléctricas. Para
ello, en el miembro que lo requiera, se añaden moléculas de agua, electrones, e iones
H+ u OH-, según que la reacción trascurra en medio ácido o alcalino.
- Se multiplican los dos miembros de cada ecuación por el número de electrones que haya
en la otra, se suman miembro a miembro las igualdades obtenidas y, a continuación, se
agrupan los términos semejantes.
- Se suman a los dos miembros los iones que faltan para completar las moléculas.
Ejemplos
1. En medio ácido, el bismutato sódico reacciona con el cloruro manganoso, trasformándolo en
permanganato sódico. Ajustar la reacción por el procedimiento del ion electrón.
- Considerando que el ion Mn++ se oxida, convirtiéndose en el ion MnO4-, la ecuación de
oxidación es:
Por otra parte, considerando que el ion BiO3- se reduce, convirtiéndose en el ion Bi+++, la
ecuación de reducción es:
- A continuación, procedemos a ajustar ambas ecuaciones en masas y en cargas eléctricas.
Para ajustar las masas, utilizamos moléculas de agua e iones H+, ya que la reacción
trascunrre en medio ácido. Para ajustar las cargas eléctricas, colocamos electrones en el
miembro en que haya exceso de cargas.
Con este ajuste, las ecuaciones quedan de la forma:
Mn++ + 4 H20 ---> MnO4- + 8 H+ + 5 e2e- + BiO3- + 6 H+ ---> Bi+++ + 3 H20
- En la primera ecuación se han colocado cinco electrones y en la segunda dos.
Por consiguiente, multiplicamos los dos miembros de la plimera ecuación por 2 y los dos
miembros de la segunda por 5, sumando miembro a miembro las igualdades obtenidas:
2Mn++ +8H20 ---> 2 MnO4- + 16H+ + 10 e2
Mn++
10 e- + 5 BiO3- + 30 H+ ---> 5 Bi+++ + 15 H20
+ 8 H20 + 10 e- + 5 BiO3- + 30 H+ ---> 2 MnO4- + 16 H+ + 10 e- + 5 Bi+++ + 15 H20
y reduciendo, a continuación, términos semejantes:
2 Mn++ + 14 H+ + 5 BiO3- ---> 2 MnO4- + 5 Bi+++ + 7 H20
- Por último, procedemos a añadir a los dos miembros los iones que faltan para completar
las moléculas.
Los dos iones Mn++ exigen la adición de cuatro iones Cl- para formar dos moléculas de
cloruro de manganeso:
2 MnCl2 + 14 H+ + 5 NaBiO3 ---> 2 MnO4- + 5 Bi+++ + 7 H20 + 4 CI- + 5 Na+
Los cinco iones Bi03- exigen la adición de cinco iones Na+ para formar cinco moléculas de
bismutato sódico:
2 MnCl2 + 14 H+ + 5 BiO3- ---> 2 MnO4- + 5 Bi+++ + 7 H20 + 4 CI-
Los catorce iones H+ exigen la adición de catorce iones cr para formar catorce moléculas
de ácido clorhídrico:
2 MnCl2 + 14 HCI + 5 NaBi03 ---> 2 MnO4- + 5 Bi+++ + 7 H20 + 18 Cl- + 5 Na+
Por último, los iones que se han obtenido en el segundo miembro se unen entre sí
formando moléculas completas, con lo que la reacción queda ajustada:
2 MnCI2 + 14 HCI + 5 NaBi03
---> 2 NaMn04 + 3 NaCI + 5 BiCI3 + 7 H20
2. El cloro molecular reacciona con hidróxido sódico, obteniéndose cloruro e hipoclorito sódico.
Ajustar la reacción por el procedimiento del ion electrón.
- El cloro se oxida, convirtiéndose en ion hipoclorito, y este mismo elemento se reduce,
convirtiéndose en ion cloruro.
En consecuencia, las ecuaciones de oxidación y reducción son:
Cl2 -> ClOCl2 -> CI- A continuación, procedemos a ajustar ambas ecuaciones en masas y cargas eléctricas.
Para ajustar las masas, deben utilizarse moléculas de agua e iones OH-, ya que la
reacción trascurre en medio alcalino. Para ajustar las cargas eléctricas, se colocan
electrones en el miembro en que haya exceso de cargas.
Con este ajuste, las ecuaciones quedan de la forma:
4OH- + Cl2 -> 2 ClO- + 2 H2O + 2 e2e-+Clz -> 2CI- En ambas ecuaciones se han colocado dos electrones, por lo que habría que multiplicar
ambas ecuaciones por 2, lo que equivale a dejar ambas sin multiplicar.
Por consiguiente, nos limitaremos a sumarlas miembro a miembro:
4OH- + Cl2 +Clz + 2e--> 2 ClO- + 2 H2O +2CI- + 2 e-
reduciendo, a continuación, los términos semejantes:
4OH- + 2Cl2 -> 2 ClO- + 2 H2O +2CI-
- Por último, añadimos a los dos miembros los iones que faltan para completar las
moléculas.
Los cuatro iones OH- del primer miembro exigen la adición de cuatro iones Na+, iones
estos que, en el segundo miembro, serán utilizados para completar las moléculas de
hipoclorito sódico y cloruro sódico:
4 NaOH + 2 Cl2 -> 2 NaClO + 2 H2O + 2 NaCI
De este modo, conforme puede observarse, la reacción queda ajustada.