Question

Pregunta B4.- El sulfuro de cobre (II) reacciona con ácido nítrico, en un proceso en el que se obtiene azufre sólido, monóxido de nitrógeno, nitrato de cobre (II) y agua.

a) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuáles son los reactivos oxidante
y reductor.

b) Formule y ajuste la reacción molecular global.

c) Calcule la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 65% de riqueza en peso y densidad 1,4 g·cm^–3.

d) Calcule qué masa de sulfuro de cobre (II) se necesitará para que reaccione completamente con 90 mL de la
disolución de ácido nítrico del apartado anterior.

Datos. Masas atómicas: H =1,0; N = 14,0; O = 16,0; S = 32,0 y Cu = 63,5.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

Prueba de selectividad para la comunidad de Madrid. Convocatoria Jun 2012-2013. Química.

Answer 1

Pregunta B4.- El sulfuro de cobre (II) reacciona con ácido nítrico, en un proceso en el que se obtiene azufre sólido, monóxido de nitrógeno, nitrato de cobre (II) y agua.

a) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuáles son los reactivos oxidante y reductor.

Reacción sin ajustar: CuS + HNO₃ → S + NO + Cu(NO₃)₂ + H₂O

Elementos de valencia $\left \{ {{S^{2-} \frac{-2e^{-}}{}\ \textgreater \ S^{0}} \atop {N(V) \frac{+3e^{-}}{}\ \textgreater \ N(II)}}} \right.$

Semirreacciones iónicas sin ajustar:

Semirreacción de oxidación: S²⁻ → S
Semirreacción de reducción: NO₃⁻ → NO

Se ajusta en medio ácido:

Semirreacción de oxidación: S²⁻ → S + 2e⁻
Semirreacción de reducción: NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O

Reductor ≡ CuS   Oxidante ≡ HNO₃ 

b) Formule y ajuste la reacción molecular global.

Para obtener la ecuación molecular ajustada, se combinan las semireacciones iónicas eliminando entre las dos los electrones y obteniendo la reacción iónica global:

Semirreacción de oxidación: 3 × (S²⁻ → S + e⁻)
Semirreacción de reducción: 2 × (NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O)
                                              3S²⁻ + 2NO₃⁻ 8H⁺ → 3S + 2NO + 4H₂O

De la reacción iónica global, por tanteo, se obtiene la reacción molecular global.

3CuS + 8HNO₃ → 3S + 2NO + 3Cu(NO₃)₂ + 4H₂O

c) Calcule la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 65% de riqueza en peso y densidad 1,4 g·cm⁻³ 

Por factores de conversión: HNO₃ = 1 + 14 + 16 x 3 = 63 g/mol

$[HNO_{3}]=1,4\frac{g(d+s)}{cm^{3}(d+s)}.\frac{1000cm^{3}(d+s)}{1L(d+s)}.\frac{65gHNO_{3}}{100g(d+s)}. \frac{1molHNO_{3}}{63HNO_{3}}=14,4 \frac{mol}{L}$

d) Calcule qué masa de sulfuro de cobre (II) se necesitará para que reaccione completamente con 90 mL de la disolución de ácido nítrico del apartado anterior.

Por factores de conversión: Masa molecular CuS = 63,5 + 32 = 95,5 g/mol

$m(CuS)=90mL.\frac{1L}{1000mL}.\frac{14,4 molHNO_{3}}{1L}.\frac{3molCuS}{8molHNO_{3}}= \frac{95,5gCuS}{molCuS}$$=46,4g CuS$

Prueba de selectividad para la comunidad de Madrid. Convocatoria Jun 2012-2013. Química.