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Ejericios quimica para poder resolver en clases...

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FUNDAMENTOS DE QUIMICA GENERAL

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CAPITULO 2

ESTRUCTURADE LAMATERIA PESO ATOMICO o MASA ATOMICA QUIMICA: El Peso o Masa Atómica de los elementos resulta ser el peso promedio relativo de la composición isotópica natural del elemento. 1. ATOMO-GRAMO: Se define como el peso o masa atómica de un elemento expresado en gramos, se representa como at-g y se le conoce también con el nombre de MOL DE ATOMOS. Así:

1at-g de Hidrógeno tiene un peso de 1,008 gramos 1at-g de Oxígeno pesa 16 gramos 1at-g de Cloro pesa 35,453 gramos 1at-g de Plata pesa 107,87 gramos

El número de átomos que contiene un átomo-gramo de cualquier elemento es de 6,022x1023 átomos de dicho elemento, conocido como NÚMERO DE AVOGADRO (NA). Por lo tanto, el átomo-gramo es el peso o masa en gramos de 6,022x10 23 átomos de cualquier elemento.

2. MOLECULA-GRAMO: Conocida como MOL, y se define como el peso o masa molecular de un compuesto expresado en gramos. En una molécula-gramo o mol de cualquier compuesto existen 6,022x10 23 moléculas. Por lo tanto, la molécula-gramo es el peso en gramos de 6,022x10 23 moléculas de un determinado compuesto. PESO MOLECULAR: Es la suma de los pesos o masas atómicas de los elementos que forman un compuesto determinado. A continuación se muestra el cálculo del peso molecular del Acido Sulfúrico, H2SO4: ELEMENTO H S O

PESO ATOMICO 1 32 16 TOTAL:

PESO TOTAL 2x1=2 1 x 32 = 32 4 x 16 = 64 98 g/mol

Es decir, 98 gramos pesa una molécula-gramo o un mol de Acido Sulfúrico, H 2SO4.

Ing. Luis Escobar C.

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PROBLEMOS RESUELTOS: 1) Calcular el peso atómico del cloro si la composición isotópica es: Cl35, 75,4%; Cl37, 24,6%. PA=

∑ (%⋅Masa Atómica) ∑ ( %)

PA (Cl )=

(75 , 4 )( 35 )+( 24 ,6 )( 37 ) 2639 +9102 = =35 , 492 100 100

2) El carbono en la naturaleza contiene dos isótopos C 12 y C13, cuales serán las abundancias isotópicas de estos dos isótopos, si el peso atómico del carbono es 12,011. Le asignamos a cada incógnita una variable:%C12 = X %C13 = Y Por lo tanto:

X +Y =100

De donde:

X =100−Y

Reemplazando en la ecuación que se utiliza para el cálculo del peso atómico, tenemos:

12 X +13 Y 12 ,011= 100 12 ( 100−Y )+13 Y 12 ,011= 100

1200 −12 Y +13 Y 12 ,011= 100

1201 ,1=1200+Y Y =1,10 Entonces: %C13 = 1,10; por lo tanto: X = 100 – 1,1; de donde: %C12 = 98,90 3) Calcular el número de átomos-gramos y el número de átomos que hay en 2,5 gramos de Zinc, si el peso atómico es 65,4. Ing. Luis Escobar C.

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Establecemos las siguientes operaciones (reglas de tres o factor de conversión):

1 at-g Zn =0 , 0388 at-g Zn 2,5 g Zn⋅ 65 , 4 g Zn 6 ,022 x1023 átmos Zn 2,5 g Zn⋅ =2 ,302 x10 22 átomos Zn 65 ,4 g Zn 4) Determinar el número de at-g y el número de gramos que hay en 2,4x10 23 átomos de Ag, si el peso atómico es 108. Igual que en el problema anterior, establecemos las operaciones:

1 at-g Ag 2,4 x 10 23 átomos Ag⋅ =0 , 3985 at-g Ag 6 , 022 x 1023 átomos Ag 108 g Ag 2,4 x 10 23 átomos Ag⋅ =43 ,04 g Ag 6 , 022 x1023 átomos Ag 5) En 0,245 at-g de Ni. Determinar los átomos y los gramos de Ni que existen si el peso atómico del Ni es 58,7. Establecemos las siguientes operaciones:

6 , 022 x1023 átomos Ni 0 ,245 at-g Ni⋅ =1,475 x 1023 átomos Ni 1 at-g Ni

58 , 7 g Ni 0 , 245 at-g Ni⋅ =14 , 38 g Ni 1 at-g Ni 6) Calcular el número de moles y el número de moléculas a los que corresponde 1,5 g de CaCl2. Si los pesos atómicos de los elementos son: Ca=40 y Cl=35,5. Determinamos el peso molecular del CaCl2: Ca=40 y Cl=35,5; entonces: CaCl2 = 111 g/mol, y realizamos las operaciones:

1 mol CaCl 2 1,5 g CaCl2⋅ =0 , 0135 moles CaCl2 111 g CaCl 2

6 , 022 x 1023 moléculas CaCl 2 =8 , 14 x 10 21 moléculas CaCl 2 1,5 g CaCl2⋅ 111 g CaCl 2 Ing. Luis Escobar C.

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7) Determinar el número de moléculas y el número de gramos que hay en 0,250 moles de H2SO4, si los pesos atómicos son: H=1, S=32 y O=16. Calculamos de la misma manera que en el problema anterior el peso molecular del ácido, siendo este: H2SO4 = 98 g/mol y establecemos las siguientes operaciones:

98 g H 2 SO 4 0 , 250 moles H 2 SO 4⋅ =24 , 50 g H 2 SO 4 1 mol H 2 SO 4

6 , 022 x 1023 moléculas H 2 SO4 0 , 250 moles H 2 SO4⋅ =1 ,506 x 1023 moléculas H 2 SO 4 1 mol H 2 SO 4 8) En 1,750x1021 moléculas de NaNO3, determinar el número de gramos y moles que hay del compuesto, si los pesos atómicos son: Na=23, N=14 y O=16. Determinamos el peso molecular del compuesto NaNO 3 = 85 g/mol y establecemos las siguientes operaciones: 85 g NaNO 3 =0 , 2470 g NaNO3 1 ,750 x 10 23 moléculas NaNO 3⋅ 6 , 022 x 1023 moléculas NaNO3

1 mol NaNO 3 0 , 2470 g NaNO 3⋅ =2 , 9059 x 10−3 moles NaNO 3 85 g NaNO 3 9) En 75 gramos de CaCl2. Determinar: a) las moles del compuesto, b) moléculas del compuesto, c) at-g de cada elemento, d) átomos de cada elemento y e) gramos de cada elemento. Si los pesos atómicos son: Ca=40 y Cl=35,5. Determinamos el peso molecular del CaCl2 = 111 g/mol Establecemos las siguientes operaciones:

a)

1 mol CaCl 2 75 g CaCl2⋅ =0 , 6757 moles CaCl2 111 g CaCl2

b)

6 , 022 x 10 23 moléculas CaCl 2 75 g CaCl 2⋅ =4 ,07 x 1023 moléculas CaCl 2 111 g CaCl2 Ing. Luis Escobar C.

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c) En 1 mol de CaCl2 hay 1 at-g Ca y 2 at-g Cl, por tanto:

1 at-g Ca =0 , 6757 at-g Ca 0 , 6757 moles CaCl 2⋅ 1 mol CaCl2 2 at-g Cl 0 , 6757 moles CaCl 2⋅ =1 ,3514 at-g Cl 1 mol CaCl2

d)

6 , 022x 1023 átomos Ca 0 ,6757 at-g Ca⋅ =4 , 07 x 1023 átomos Ca 1 at-g Ca 6 ,022 x1023 átomos Cl =8 ,14 x10 23 átomos Cl 1 ,3514 at-g Cl⋅ 1 at-g Cl

e)

40 g Ca =27 , 03 g Ca 0 , 6757 at-g Ca⋅ 1 at-g Ca 35 ,5 g Cl =47 , 97 g Cl 1 ,3514 at-g Cl⋅ 1 at-g Cl

10) Una muestra de 1,5276 gramos de CdCl2 (Cloruro de Cadmio) fue convertida mediante un proceso electrolítico en Cadmio metálico. El peso del Cadmio metálico fue de 0,9367 gramos. Si el peso atómico del Cloro es 35,453; determinar el peso atómico del Cadmio. Según los datos: 1,5276 g CdCl2 Determinamos los gramos de Cloro:

0,9367 g Cd metálico

g Cl = 1 ,5276−0, 9367=0 ,5909 g g

En un mol de CdCl2 hay 1 at-g de Cd y 2 at-g de Cl; por lo tanto:

1 at-g Cl =0 , 0167 at-g Cl 0 , 5909 g Cl⋅ 35 , 5 g Cl 2 at-g Cd =8 , 33 x 10−3 at-g Cd 0 , 0167 at-g Cl⋅ 1 at-g Cl Calculados los at-g de Cadmio, determinamos el peso atómico del elemento:

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2 at-g Cd 0 , 0167 at-g Cl⋅ =112 , 2 g Cd ( PESO ATOMICO ) 1 at-g Cl 11) En una determinación química del peso atómico del Vanadio se sometió a una muestra de 2,8934 gramos de VOCl3 a una serie de reacciones por medio de las cuales todo el Cloro contenido en este compuesto se convirtió en AgCl, cuyo peso es de 7,1801 gramos. Si los pesos atómicos de: Ag=108, Cl=35,5 y O=16, calcular el peso atómico del Vanadio. Determinamos el peso molecular del AgCl: AgCl = 143,5 g/mol. Por medio del cual determinamos las moles de AgCl:

1 mol AgCl =0, 05004 moles AgCl 7 , 1801 g AgCl⋅ 143 , 5 g AgCl Determinamos los at-g de Cl en el AgCl:

1 at-g Ag =0 ,05004 at−g Cl 0 , 05004 moles AgCl⋅ 1 mol AgCl Como todo el Cloro que forma el AgCl, está formando parte del VOCl3, tenemos:

1 at-g O =0 , 0167 at-g O=0 ,0167 at-g V 0 , 05004 at-g Cl⋅ 3 at-g Cl Determinamos las masas de Cloro y Oxígeno:

35 , 5 g Cl =1,776 g Cl 0, 05004 at-g Cl⋅ 1 at-g Cl 16 g O =0 , 2672 g O 0 , 0167 at-g O⋅ 1 at-g O Determinamos la masa del Vanadio a partir de 2,8934 g de VOCl3:

g V =2 , 8934−1 ,776 −0, 2672 g V =0, 8502 g Por lo tanto:

0 , 8502 g V ⋅1 at-g V =50 , 9 g V ( PESO ATOMICO ) 0 ,0167 at-g V Ing. Luis Escobar C.

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12) Un compuesto está formado por los elementos A, B y C en la relación 2:2:7. Determinar la cantidad máxima de compuesto que se puede formar a partir de: 0,175 at-g de A; 9,03x10 22 átomos de B y 9,63 g de C. Si los pesos atómicos son: A=23; B=31 y C=16. Transformamos los gramos y los átomos de B y C en átomos-gramo:

1 at-g B 9 , 03 X 1022 átomos B⋅ =0 ,1499 at-g B 6 ,022 x 10 23 átomos B

1 at-g C =0 , 6018 at-g C 9 , 63 g C⋅ 16 g C En 1 mol del compuesto A2B2C7 hay:

2 at-g A 2 at-g B 7 at-g C

Por lo que podemos determinar las moles del compuesto con cada uno de los at-g de cada elemento:

1 mol A2 B2 C 7 0 , 175 at-g A⋅ =0 ,08750 moles A 2 B2 C 7 2 at-g A 1 mol A 2 B 2 C7 =0 , 07495 moles A 2 B 2 C 7 0 , 1499 at-g B⋅ 2 at-g B 1 mol A 2 B 2 C7 =0 , 08597 moles A 2 B 2 C7 0 , 6018 at-g C⋅ 7 at-g C De lo que podemos concluir que: A produce 0,08750 moles A2B2C7 B produce 0,07495 moles A2B2C7 C produce 0,08597 moles A2B2C7 De los resultados anteriores se establece que la cantidad máxima en moles del compuesto es la proporcionada por el elemento B, cantidad que corresponde a la menor de todas: por lo tanto B es el ELEMENTO LIMITANTE. A continuación por medio del peso molecular del compuesto, determinamos la cantidad máxima en gramos:

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220 g A 2 B2 C7 0 , 07495 moles A 2 B2 C 7⋅ =16 ,50 g A 2 B2 C 7 (CANTIDAD MAXIMA ) 1 mol A2 B2 C 7 13) Se disuelve una muestra de 12,5843 g de ZrBr 4 y, después de varios procesos químicos, todo el bromo combinado se precipita como AgBr. El contenido de plata en el AgBr es 13,2160 g. Si los pesos atómicos de la Plata y el Bromo son 107,870 y 79,909 respectivamente. Determinar el peso atómico del Zr. Calculamos los at-g de Plata:

1 at-g Ag 13 ,2160 g Ag⋅ =0 ,1225 at-g Ag 107 , 870 g Ag Como la relación es de 1 a 1 entre la Ag y el Br en el AgBr, tenemos los mismos at-g de Bromo, esto es 0,1225 at-g. Luego determinamos el peso de Bromo contenido en estos at-g:

79 , 909 g Br =9, 7882 g Br 0, 1225 at-g Br⋅ 1 at-g B Calculamos los at-g de Zr:

1 at-g Zr =0 , 0306 at-g Zr 0 , 1225 at-g Br⋅ 4 at-g Br Determinamos el peso de Zirconio que existe en la muestra:

g Zr =12, 5843−9 ,7882 g V =2, 7961 g Finalmente determinamos el peso atómico del Zr:

2 , 7961 g Zr ⋅1 at-g Zr=91 , 3758 g Br ( PESO ATOMICO ) 0 ,0306 at-g Zr

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CAPITULO 7

REACCIONESQUIMICAS 1. GENERALIDADES: a) DEFINICIONES: La REACCION QUIMICA es un fenómeno en el cual una o más sustancias (reactivos) interaccionan para transformarse en otras sustancias (productos) de propiedades diferentes a las originales. La VELOCIDAD de una reacción depende de algunos factores, como: -

Concentración Temperatura Presión Acción de la luz Acción de los catalizadores

Para representar a una reacción química se utiliza una simbología apropiada que se conoce como ECUACION QUIMICA. Toda ecuación química se basa en la LEY DE LA CONSERVACION DE LA MASA, que dice: “SIEMPRE QUE OCURRE UN CAMBIO QUÍMICO, LA MASA TOTAL DE LAS SUSTANCIAS REACCIONANTES, ES EXACTAMENTE IGUAL A LA MASA TOTAL DE LOS PRODUCTOS DE LA REACCIÓN”. En una ecuación química identificamos dos miembros, el de la izquierda los REACTIVOS y el de la derecha los PRODUCTOS. REACTIVOS

H2SO4 + Ca(OH)2  CaSO4 + 2H2O PRODUCTOS

Los dos miembros están separados por un signo “=” o bien por una flecha “” que nos indica el sentido de la reacción. Una ecuación química debe ser lo más informativa, por lo que muchas veces es necesario indicar el estado físico de las sustancias, factores que intervienen y características de las sustancias resultantes, razón por la cual se pueden utilizan los siguientes símbolos: g: gas s: sólido

l: líquido sol: solución Ing. Luis Escobar C.

ac: acuosa : precipitación : desprendimiento

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Una ecuación química nos indica: 

El número mínimo de partículas que intervienen en la reacción: 4Zn + 10HNO34Zn(NO3)2 + 1 NH4NO3 + 3H2O De la reacción anterior podemos concluir que hay la participación de 4 moléculas de Zinc y 10 moléculas de HNO3; formándose 4 moléculas de Zn(NO3)2, 1 molécula de NH4NO3 y 3 moléculas de H2O.



Una relación de pesos, moles y volumen (en caso de gases) de las sustancias que toman parte en la reacción:

1 mol

1 mol

1 BaCl2 + 1 H2SO41 BaSO4 + 2HCl 1 mol 2 moles

b) TIPOS DE REACCIONES: Las reacciones pueden ser: 1) REACCIONES DE COMBINACION (SINTESIS): Cuando dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto: A + B  AB CaO(g) + H2O(l) Ca(OH)2(sol) SO3(g) + H2O(l) H2SO4(sol) 2) REACCIONES DE DESCOMPOSICION: Una sustancia se descompone en dos o más productos: AB  A + B 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) CaCO3(s)

Δ 

CaO(s) + CO2(g)

3) REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO O SUSTITUCION SIMPLE: Un determinado elemento desplaza a otro de un compuesto: Ing. Luis Escobar C.

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A + BC  AC + B Zn(s) + 2HCl(sol) ZnCl2(sol) + H2(g) Zn(s) + CuSO4(sol) ZnSO4(sol) + Cu(s) 4) REACCIONES DE DOBLE DESPLAZAMIENTO: Cuando uno más átomos de un elemento de un compuesto son sustituidos por uno o más átomos de otro elemento: AB + CD AD + BC KCl(sol) + AgNO3(sol) KNO3(sol) + AgCl(sol) (NH4)2S(sol) + Pb(NO3)2(sol)2NH4NO3(sol) + PbS(sol) 5) REACCIONES DE COMBUSTION: Reacciones que tienen lugar entre un elemento o compuesto y el Oxígeno (generalmente del aire), acompañadas del desprendimiento de luz y calor. Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s) C2H5OH(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) + Energía 2. REACCIONES DE OXIDO–REDUCCION O REDOX: Son reacciones químicas de cualquiera de las anteriores, se caracterizan porque hay modificación en los estados de oxidación de algunos de los elementos reaccionantes al formar los productos. En toda reacción de este tipo se registran dos fenómenos simultáneos: OXIDACION: Es la pérdida de electrones o aumento en el estado de oxidación de un elemento hacia un valor más positivo. Zn0– 2e– Zn+2 REDUCCION: Se define como la ganancia de electrones o una disminución en el número de oxidación hacia un valor menos positivo. 2H+1 + 2e– H20

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En toda reacción Redox, hay dos agentes químicos: el agente oxidante y el reductor. El AGENTE OXIDANTE es el que produce la oxidación por lo tanto se reduce, es decir proporciona electrones y el AGENTE REDUCTOR es el que se oxida, acepta los electrones. En el siguiente diagrama se puede observar el orden de la OXIDO-REDUCCION, es:

Para reconocer una reacción redox, se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: 

Utilizar los Estados de Oxidación, cuando la reacción es simple y sencilla; para las reacciones con más sustancias se aconseja no aplicarlo.



Cambio en la posición de un elemento, cuando un elemento se encuentra en el centro de un compuesto en un lado de la reacción, pero no en el otro lado; por ejemplo el Manganeso: KMnO4 MnSO4



Cuando un elemento formando parte de un compuesto en un lado de la reacción y en estado libre (sin combinar) en el otro lado o viceversa; por ejemplo el Cloro: NaClCl2



Utilizando el nombre del compuesto, cuando la terminación del nombre en un compuesto en un lado de la reacción cambia en el otro lado de la misma, por ejemplo Sulfato Ferroso a Sulfato Férrico: FeSO4Fe2(SO4)3

AGENTES OXIDANTES: Entre los principales agentes oxidantes, tenemos a los siguientes: a) MnO2 + Ácido  Mn+2 + H2O b) MnO4– + Ácido  Mn+2 + H2O Ing. Luis Escobar C.

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c) Cr2O7–2 + Ácido  Cr+3 + H2O d) HNO3(c) + Metales  M(NO3)x + NO2 + H2O HNO3(c) + No Metales  Ácido orto del no metal + NO2 + H2O HNO3(d) + Metales  M(NO3)x + NO + H2O HNO3(d) + No Metales  Ácido orto del no metal + NO + H2O e) H2SO4(c) + Metales + Calor  M2(SO4)x + SO2 + H2O H2SO4(c) + No Metales + Calor m2Ox + SO2 + H2O f) Cl2 + Hidróxido M(ClO)x + MClx + H2O Cl2 + Hidróxido + Calor M(ClO3)x + MClx+ H2O

3. IGUALACION DE ECUACIONES REDOX: METODO DE LA VARIACION EN EL ESTADO DE OXIDACION: a) Identificar los elementos que intervienen en la oxido-reducción (Redox), utilizando los cambios en el estado de oxidación. b) Con cada elemento escribir semireacciones, mostrando la pérdida y ganancia de electrones. c) Si hay subíndices en las fórmulas, equilibrar el número de átomos que se oxidan y se reducen. d) Sumar las semireacciones equilibradas, transfiriendo los coeficientes a la ecuación original, debiendo igualar previamente el número de electrones ganados y perdidos. e) Equilibrar por simple inspección los metales, no metales, radicales y luego el Hidrógeno. f) Contar el número de Oxígenos, para verificar su igualación.

PROBLEMAS RESUELTOS: IGUALAR LAS SIGUIENTES REACCIONES: 1. Permanganato de Potasio + Sulfato Ferroso + Ácido Sulfúrico  Sulfato Manganoso + Sulfato de Potasio + Sulfato Férrico + Agua Utilizando nomenclatura química, escribimos las fórmulas de los compuestos: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 MnSO4 + K2SO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

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Utilizando los cambios en los estados de oxidación, identificamos los elementos que intervienen en la oxido-reducción, con los cuales escribimos las semireacciones:

Oxidación: Reducción:

2Fe+2– 2e– Fe2+3 Mn + 5e– Mn+2 +7

Igualamos el número de electrones:

2Fe+2– 2e– Fe2+3 (5) Mn+7 + 5e– Mn+2 (2)

Sumamos las semirreacciones: 10Fe+2 + 2Mn+7 5Fe2+3 + 2Mn+2 Los coeficientes encontramos transferimos a la ecuación original: 2KMnO4 + 10FeSO4 + H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + H2O Equilibramos por simple inspección los demás elementos: ELEMENTO K Mn Fe S H O

REACTIVOS 2 2 10 18 16 80

PRODUCTOS 2 2 10 18 16 80

Por lo que la reacción igualada es: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O 2. Sulfuro de Bismuto + Ácido Nítrico  Azufre + Nitrato de Bismuto + Monóxido de Nitrógeno + Agua Bi2S3 + HNO3 S + Bi(NO3)3 + NO + H2O Generando las semireacciones: Oxidación: Reducción:

S3–2– 6e– 3So N + 3e– N+2 (2) +5

Sumamos las semirreacciones: S3–2 + 2 N+5 3So + 2 N+2 La reacción igualada es: Bi2S3 + 8HNO3 3S + 2Bi(NO3)3 + 2NO + 4H2O Ing. Luis Escobar C.

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3. Oxido Manganoso + Oxido Plúmbico + Ácido Nítrico  Acido Permangánico + Nitrato Plumboso + Agua MnO + PbO2 + HNO3 HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O Planteando las semireacciones, tenemos: Oxidación: Reducción:

Mn+2– 5e– Mn+7 (2) Pb+4 + 2e–Pb+2 (5)

Sumamos las semirreacciones: 2 Mn+2 + 5 Pb+4 3Mn+7 + 5 Pb+2

Siendo la ecuación igualada: 2MnO + 5...