Ejercicio - Ajuste de reacción redox con método ion-electrón (medio ácido)

Solución: Reacción inicial sin ajustar (forma molecular): \[ \text{Zn} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{NH}_4\text{NO}_3 + \text{Zn(NO}_3)_2 + \text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Paso 1:} \quad \text{Asignar números de oxidación} \] \[ \begin{aligned} \text{- Zn: } & 0 \rightarrow +2 \quad (\text{se oxida}) \\ \text{- N en } \text{NO}_3^-: & +5 \rightarrow -3 \text{ en } \text{NH}_4^+ \quad (\text{se reduce}) \end{aligned} \] \[ \textbf{Paso 2:} \quad \text{Escribir las semirreacciones} \] \[ \textbf{Oxidación:} \] \[ \text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^- \] \[ \textbf{Reducción:} \] \[ \text{NO}_3^- \rightarrow \text{NH}_4^+ \] \[ \textbf{Paso 3: } \text{Balancear oxígeno con } \text{H}_2\text{O} \] La especie \( \text{NO}_3^- \) tiene 3 átomos de oxígeno. El producto \( \text{NH}_4^+ \) no tiene oxígeno. Añadimos 3 \( \text{H}_2\text{O} \) a los productos: \[ \text{NO}_3^- \rightarrow \text{NH}_4^+ + 3\text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Paso 4: } \text{Balancear H con } \text{H}^+ \] En el producto hay \( 4 \) H en \( \text{NH}_4^+ \) y \( 6 \) H en \( 3\text{H}_2\text{O} \): total de \( 10 \) H. Añadimos 10 \( \text{H}^+ \) a los reactivos: \[ \text{NO}_3^- + 10\text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+ + 3\text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Paso 5: } \text{Balancear cargas con } e^- \] Lado izquierdo: \( -1 + 10(+1) = +9 \) Lado derecho: \( +1 \) Para igualar, añadimos \( 8e^- \) a la izquierda: \[ \text{NO}_3^- + 10\text{H}^+ + 8e^- \rightarrow \text{NH}_4^+ + 3\text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Paso 6: } \text{Igualar el número de electrones} \] La oxidación libera 2e⁻, la reducción consume 8e⁻. Mínimo común múltiplo: 8 Multiplicamos la semirreacción de oxidación por 4: \[ 4\text{Zn} \rightarrow 4\text{Zn}^{2+} + 8e^- \] \[ \textbf{Paso 7: } \text{Suma de semirreacciones} \] \[ 4\text{Zn} + \text{NO}_3^- + 10\text{H}^+ \rightarrow 4\text{Zn}^{2+} + \text{NH}_4^+ + 3\text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Paso 8: } \text{Reconstruir la ecuación molecular} \] - \( 4\text{Zn}^{2+} + 8\text{NO}_3^- \rightarrow 4\text{Zn(NO}_3)_2 \) - \( \text{NH}_4^+ + \text{NO}_3^- \rightarrow \text{NH}_4\text{NO}_3 \) \[ \textbf{Reacción ajustada global:} \] \[ 4\text{Zn} + 10\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{Zn(NO}_3)_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \] \[ \textbf{Comprobación final: } \quad \text{Cargas y átomos están correctamente balanceados.} \]

Solución: En la reacción ajustada: \[ 4\text{Zn} + 10\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{Zn(NO}_3)_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \] Analizamos los cambios de estado de oxidación: \[ \textbf{Zn:} \quad 0 \rightarrow +2 \quad \text{(se oxida)} \] \[ \textbf{N en NO}_3^-: \quad +5 \rightarrow -3 \quad \text{(en NH}_4^+ \text{ → se reduce)} \] \[ \textbf{Conclusión:} \] - \( \textbf{Se oxida:} \) el \( \text{Zn} \) (de 0 a \( +2 \)) - \( \textbf{Se reduce:} \) el \( \text{N} \) del ion \( \text{NO}_3^- \) (de \( +5 \) a \( -3 \))