Question

Balancear por el método ion-electrón

Answer 1

Partimos de la ecuación química:

As₂S₃ + HNO₃  ⇔  H₃AsO₄ + S + NO

En este caso se trata de un ajuste en medio ácido (debido a la presencia del ácido nítrico). Lo primero es identificar los elementos que cambian su valencia para separar las semirreacciones (arriba está la valencia total por elemento, y abajo la valencia en un solo átomo):
₊₆    ₆₋    ₁₊ ₅₊ ₆₋         ₃₊ ₅₊  ₈₋      ₀       ₀
⁺³    ²⁻           ²⁻         ¹⁺      ²⁻                
As₂S₃ + HNO₃  ⇔  H₃AsO₄ + S + NO

Podemos averiguarlo porque en el As₂S₃ el azufre está actuando como el no metal y su única valencia negativa es 2-, con lo cual con los 3 átomos presentes en la molécula genera una carga de 6-. Como la molécula es neutra luego el Arsénico trabaja con 6+ y como son dos átomos trabaja con 3+.

Seguimos el mismo razonamiento para las otras moléculas de la ecuación recordando que cuando para un ácido el hidrógeno trabaja con 1+ y para un óxido el oxígeno trabaja con 2-.

Si lo haces concluyes que los elementos que cambian son:

- El arsénico que cambió de valencia 3+ a 5+.
- El azufre que cambió de valencia 2- a 0 (está como molécula en el segundo miembro de la ecuación).
- El nitrógeno que cambió de 5+ a 2+.

Por lo tanto las semirreacciones involucran a estos elementos. El sulfuro arsenioso no se puede partir por lo que va completa su molécula, y al ácido arsénico le podemos arrancar su hidrógeno:
    ₀            ₋₃       ₀
As₂S₃ ⇒ AsO₄ + S     (1)

La carga neta la he puesto arriba. Hacemos lo mismo con el ácido nítrico (arrancando su hidrógeno) y el ácido arsénico:
  ₋₁         ₀
NO₃ ⇒ NO               (2)

En la ecuación (1) empezamos ajustando el arsénico y el azufre:
   ₀              ₋₆         ₀
As₂S₃ ⇒ 2AsO₄ + 3S 

Ahora nos falta el oxígeno. Colocamos tantas moléculas de H₂O como oxígenos hagan falta en un lado de la ecuación, por tanto:
   ₀            ₀                ₋₆         ₀
As₂S₃ + 8H₂O  ⇒ 2AsO₄ + 3S 

Y después, ajustamos los hidrógenos. Para ellos agregamos tantos iones H⁺ como hidrógenos falten en un lado de la ecuación:
   ₀            ₀                ₋₆         ₀      ₊₁₆
As₂S₃ + 8H₂O  ⇒ 2AsO₄ + 3S + 16H⁺

Al hacer estos cambios tenemos una carga neta de 10+ al lado derecho de la ecuación. Esto lo arreglamos colocando 10 electrones del lado derecho (los electrones agregan carga negativa):
   ₀            ₀                ₋₆         ₀      ₊₁₆        ₋₁₀
As₂S₃ + 8H₂O  ⇒ 2AsO₄ + 3S + 16H⁺ + 10e⁻    (1)

Identificamos a esta semirreacción como de ''oxidación'', debido a que al final de la reacción se ceden electrones (agente reductor). Vamos a hacer lo mismo con la ecuación (2). Ajustamos el oxígeno colocando moléculas de H₂O del lado que hay una deficiencia de este elemento:
  ₋₁         ₀          ₀
NO₃ ⇒ NO + 2H₂O      

Y para balancear el hidrógeno agregamos iones H⁺, tantos como hagan falta a un lado de la igualdad:
 ₄₊         ₋₁         ₀          ₀
4H⁺ + NO₃ ⇒ NO + 2H₂O 

Solo falta equilibrar la carga. Hay un 3+ en el lado izquierdo de la ecuación, por lo que en ese mismo lado agregamos 3 electrones:
  ₄₊        ₋₁       ₋₃         ₀          ₀
4H⁺ + NO₃ + 3e⁻ ⇒ NO + 2H₂O      (2)

Y esta ecuación representa la semirreacción de reducción. Ahora debo de sumar ambas ecuaciones de manera que se me eliminen los electrones. Eso se puede hacer si multiplico por 3 a la ecuación (1) y por 10 a la ecuación (2).

3As₂S₃ + 24H₂O ⇒ 6AsO₄ + 9S + 48H⁺ + 30e⁻  

4H⁺ + NO₃ + 3e⁻ ⇒ NO + 2H₂O 
------------------------------------------------------------

3As₂S₃ + 10NO₃ + 4H₂O ⇒ 6AsO₄ + 9S + 8H + 10NO

Si representamos esa ecuación recordando las cargas en los iones, obtenemos la ecuación iónico de reacción global:

3As₂S₃ + 10NO₃⁻ + 4H₂O ⇒ 6AsO₄⁻³ + 9S + 8H⁺ + 10NO

Y solo es cuestión de comparar esa expresión con la ecuación que partimos y copiar los coeficientes obtenidos:

3As₂S₃ + 10HNO₃ + 4H₂O ⇔  6H₃AsO₄ + 9S + 10NO

Comprobamos si está correcto el ajuste. Tenemos 2·3 = 6 átomos de arsénico del lado izquierdo, y 6 del lado derecho. Tenemos 3·3 = 9 átomos de azufre del lado izquierdo, y 9 del otro lado. Tenemos 10 nitrógenos en la izquierda, y la derecha igual.

Finalmente para el hidrógeno son 10 + 4·2 = 18 del lado izquierdo y 6·3 = 18 del otro lado. Y para el oxígeno son 10·3 + 4·1 = 34 en la izquierda y 6·4 + 10 = 34 a la derecha.

Un saludo.