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Estequiometría redox
Problema
2021 · Ordinaria · Reserva
C4
Examen

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:

MnOX2+KClOX3+KOH−>KMnOX4+KCl+HX2O\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 (KClOX3\ce{KClO3}) que reacciona con {{masa_muestra}}  g\text{ g} de una muestra que tiene una riqueza en MnOX2\ce{MnO2} del {{pureza}} %\%.

Datos: Masas atómicas relativas: O=16\ce{O} = 16; Cl=35,5\ce{Cl} = 35,5; K=39\ce{K} = 39; Mn=55\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+4 en el MnOX2\ce{MnO2} a +7+7 en el MnOX4X−\ce{MnO4^-}, y el cloro se reduce de +5+5 en el ClOX3X−\ce{ClO3^-} a −1-1 en el ClX−\ce{Cl^-}. El proceso ocurre en medio básico debido a la presencia de KOH\ce{KOH}.Semirreacción de oxidación:

2 (MnOX2+4 OHX−→MnOX4X−+2 HX2O+3 eX−)\ce{2 (MnO2 + 4 OH^- -> MnO4^- + 2 H2O + 3 e^-)}

Semirreacción de reducción:

ClOX3X−+3 HX2O+6 eX−→ClX−+6 OHX−\ce{ClO3^- + 3 H2O + 6 e^- -> Cl^- + 6 OH^-}

Sumamos ambas semirreacciones para obtener la ecuación iónica ajustada, simplificando las especies comunes (OHX−\ce{OH^-} y HX2O\ce{H2O}):

2 MnOX2+2 OHX−+ClOX3X−→2 MnOX4X−+HX2O+ClX−\ce{2 MnO2 + 2 OH^- + ClO3^- -> 2 MnO4^- + H2O + Cl^-}

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

2 MnOX2+KClOX3+2 KOH→2 KMnOX4+KCl+HX2O\ce{2 MnO2 + KClO3 + 2 KOH -> 2 KMnO4 + KCl + H2O}
b) Calcule la masa de clorato de potasio (KClOX3\ce{KClO3}) que reacciona con {{masa_muestra}} g de una muestra que tiene una riqueza en MnOX2\ce{MnO2} del {{pureza}} %.

Primero determinamos la masa pura de MnOX2\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(MnOX2)=55+2⋅16=87 g⋅mol−1M(\ce{MnO2}) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}
M(KClOX3)=39+35,5+3⋅16=122,5 g⋅mol−1M(\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 MnOX2\ce{MnO2} reaccionan con 1 mol de KClOX3\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}