T7: Equilibrios redox · Estequiometría redox — QUIMICA PEvAU Andaluc%25C3%25ADa 2021

Estequiometría redox

Problema

2021 · Ordinaria · Reserva

El dióxido de manganeso reacciona con clorato de potasio, en medio básico de hidróxido de potasio, para dar permanganato de potasio, cloruro de potasio y agua:

\ce{MnO2 + KClO3 + KOH} -> \ce{KMnO4 + KCl + H2O}

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

\ce{KClO3}

) que reacciona con {{masa_muestra}}

\text{ g}

de una muestra que tiene una riqueza en

\ce{MnO2}

del {{pureza}}

\%

Datos: Masas atómicas relativas: $\ce{O} = 16$ ; $\ce{Cl} = 35,5$ ; $\ce{K} = 39$ ; $\ce{Mn} = 55$

método ion-electrónpurezaestequiometría

a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.

Identificamos los estados de oxidación de los elementos que cambian: el manganeso se oxida de $+4$ en el $\ce{MnO2}$ a $+7$ en el $\ce{MnO4^-}$ , y el cloro se reduce de $+5$ en el $\ce{ClO3^-}$ a $-1$ en el $\ce{Cl^-}$ . El proceso ocurre en medio básico debido a la presencia de $\ce{KOH}$ .Semirreacción de oxidación:

\ce{2 (MnO2 + 4 OH^- -> MnO4^- + 2 H2O + 3 e^-)}

Semirreacción de reducción:

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

Sumamos ambas semirreacciones para obtener la ecuación iónica ajustada, simplificando las especies comunes ( $\ce{OH^-}$ y $\ce{H2O}$ ):

\ce{2 MnO2 + 2 OH^- + ClO3^- -> 2 MnO4^- + H2O + Cl^-}

Completamos la ecuación molecular añadiendo los cationes potasio ( $\ce{K^+}$ ) necesarios para compensar las cargas:

\ce{2 MnO2 + KClO3 + 2 KOH -> 2 KMnO4 + KCl + H2O}

b) Calcule la masa de clorato de potasio (

\ce{KClO3}

) que reacciona con {{masa_muestra}} g de una muestra que tiene una riqueza en

\ce{MnO2}

del {{pureza}} %.

Primero determinamos la masa pura de $\ce{MnO2}$ en la muestra a partir de su riqueza:

m(\ce{MnO2})_{\text{pura}} = \text{{{masa_muestra}} g muestra} \cdot rac{\text{{{pureza}} g \ce{MnO2}}}{\text{100 g muestra}} = rac{\text{{{masa_muestra}} \cdot {{pureza}}}}{100} \text{ g de \ce{MnO2}}

Calculamos las masas molares de las sustancias involucradas:

M(\ce{MnO2}) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

M(\ce{KClO3}) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

Utilizando la estequiometría de la reacción ajustada, donde 2 moles de $\ce{MnO2}$ reaccionan con 1 mol de $\ce{KClO3}$ , calculamos la masa de este último:

m(\ce{KClO3}) = rac{\text{{{masa_muestra}} \cdot {{pureza}}}}{100} \text{ g \ce{MnO2}} \cdot rac{1 \text{ mol \ce{MnO2}}}{87 \text{ g \ce{MnO2}}} \cdot rac{1 \text{ mol \ce{KClO3}}}{2 \text{ mol \ce{MnO2}}} \cdot rac{122,5 \text{ g \ce{KClO3}}}{1 \text{ mol \ce{KClO3}}}

La masa de clorato de potasio necesaria es:

m(\ce{KClO3}) = rac{\text{{{masa_muestra}} \cdot {{pureza}} \cdot 122,5}{17400} \text{ g}