T7: Equilibrios redox · Ajuste redox y estequiometría — QUIMICA PEvAU Andaluc%25C3%25ADa 2019

Ajuste redox y estequiometría

Problema

2019 · Ordinaria · Reserva

6.- Para la siguiente reacción:

\ce{KClO3 + KI + H2O} -> \ce{KCl + I2 + KOH}

a) Ajuste las reacciones iónica y molecular por el método del ion-electrón (medio básico).b) Calcule la masa de clorato de potasio (

\ce{KClO3}

) que se necesitará para obtener

15 \text{ gramos}

de diyodo (

\ce{I2}

Datos: masas atómicas relativas $\ce{K}=39$ ; $\ce{O}=16$ ; $\ce{I}=127$ y $\ce{Cl} = 35,5$ .

Ajuste redoxEstequiometría

a) Ajuste de las reacciones iónica y molecular por el método del ion-electrón (medio básico).

Determinación de los estados de oxidación:

\ce{KClO3}: \text{Cl} = +5

\ce{KI}: \text{I} = -1

\ce{KCl}: \text{Cl} = -1

\ce{I2}: \text{I} = 0

Semirreacción de oxidación (el yodo se oxida de $-1$ a $0$ ):

2\ce{I-} \rightarrow \ce{I2}

2\ce{I-} \rightarrow \ce{I2} + 2e^-

Semirreacción de reducción (el cloro se reduce de $+5$ a $-1$ en medio básico):

\ce{ClO3-} \rightarrow \ce{Cl-}

Balancear los átomos de oxígeno con $\ce{H2O}$ :

\ce{ClO3-} \rightarrow \ce{Cl-} + 3\ce{H2O}

Balancear los átomos de hidrógeno con $\ce{H+}$ :

\ce{ClO3-} + 6\ce{H+} \rightarrow \ce{Cl-} + 3\ce{H2O}

Balancear las cargas con electrones:

\ce{ClO3-} + 6\ce{H+} + 6e^- \rightarrow \ce{Cl-} + 3\ce{H2O}

Convertir a medio básico añadiendo $6\ce{OH-}$ a ambos lados de la ecuación (tantos $\ce{OH-}$ como $\ce{H+}$ presentes):

\ce{ClO3-} + 6\ce{H+} + 6\ce{OH-} + 6e^- \rightarrow \ce{Cl-} + 3\ce{H2O} + 6\ce{OH-}

Combinar $\ce{H+}$ y $\ce{OH-}$ para formar $\ce{H2O}$ :

\ce{ClO3-} + 6\ce{H2O} + 6e^- \rightarrow \ce{Cl-} + 3\ce{H2O} + 6\ce{OH-}

Simplificar las moléculas de $\ce{H2O}$ :

\ce{ClO3-} + 3\ce{H2O} + 6e^- \rightarrow \ce{Cl-} + 6\ce{OH-}

Igualar el número de electrones en ambas semirreacciones. La semirreacción de oxidación tiene $2e^-$ y la de reducción $6e^-$ . Se multiplica la semirreacción de oxidación por 3:

\left(2\ce{I-} \rightarrow \ce{I2} + 2e^-\right) \times 3 \Rightarrow 6\ce{I-} \rightarrow 3\ce{I2} + 6e^-

Sumar las semirreacciones ajustadas y eliminar los electrones:

6\ce{I-} + \ce{ClO3-} + 3\ce{H2O} \rightarrow 3\ce{I2} + \ce{Cl-} + 6\ce{OH-}

Esta es la reacción iónica ajustada. Para obtener la ecuación molecular ajustada, se añaden los iones espectadores ( $\ce{K+}$ ) a ambos lados de la ecuación, agrupando los iones para formar los compuestos originales:

\ce{KClO3(aq) + 6KI(aq) + 3H2O(l) -> KCl(aq) + 3I2(s) + 6KOH(aq)}

b) Calcule la masa de clorato de potasio (

\ce{KClO3}

) que se necesitará para obtener

15 \text{ gramos}

de diyodo (

\ce{I2}

Masas atómicas relativas: $\ce{K}=39$ ; $\ce{O}=16$ ; $\ce{I}=127$ ; $\ce{Cl}=35.5$ .Cálculo de las masas molares:

M_{\ce{I2}} = 2 \times 127 \text{ g/mol} = 254 \text{ g/mol}

M_{\ce{KClO3}} = 39 + 35.5 + (3 \times 16) \text{ g/mol} = 39 + 35.5 + 48 \text{ g/mol} = 122.5 \text{ g/mol}

Calcular los moles de $\ce{I2}$ que se desean obtener:

n_{\ce{I2}} = \frac{15 \text{ g}}{254 \text{ g/mol}} \approx 0.059055 \text{ mol}

Según la estequiometría de la reacción molecular ajustada ( $\ce{KClO3 + 6KI + 3H2O -> KCl + 3I2 + 6KOH}$ ), $1 \text{ mol}$ de $\ce{KClO3}$ produce $3 \text{ mol}$ de $\ce{I2}$ . Establecer la relación molar:

\frac{\text{moles de } \ce{KClO3}}{\text{moles de } \ce{I2}} = \frac{1}{3}

Calcular los moles de $\ce{KClO3}$ necesarios:

n_{\ce{KClO3}} = \frac{1}{3} \times n_{\ce{I2}} = \frac{1}{3} \times 0.059055 \text{ mol} \approx 0.019685 \text{ mol}

Calcular la masa de $\ce{KClO3}$ necesaria:

\text{masa}_{\ce{KClO3}} = n_{\ce{KClO3}} \times M_{\ce{KClO3}} = 0.019685 \text{ mol} \times 122.5 \text{ g/mol} \approx 2.4114 \text{ g}