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

Estequiometría redox

Problema

2021 · Extraordinaria · Titular

La reacción entre $\ce{KMnO4}$ y $\ce{HCl}$ en disolución permite obtener $\ce{Cl2}$ gaseoso, además de $\ce{MnCl2}$ , $\ce{KCl}$ y agua:

\ce{KMnO4 + HCl} -> \ce{Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O}

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

\ce{KMnO4}

que reacciona con

25 \text{ mL}

de una disolución de

\ce{HCl}

del

30\%

de riqueza en masa cuya densidad es

1,15 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}

Datos: Masas atómicas relativas: $\ce{Mn}= 55; \ce{K}= 39; \ce{Cl}= 35,5; \ce{O}= 16; \ce{H}= 1$

Método ion-electrónEstequiometría

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

Identificamos los cambios en los estados de oxidación: el manganeso se reduce de $+7$ en el permanganato a $+2$ en el cloruro de manganeso(II), mientras que el cloro se oxida de $-1$ en el ácido clorhídrico a $0$ en el cloro gaseoso. Las semirreacciones en medio ácido son:Semirreacción de reducción:

\ce{MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn^{2+} + 4 H2O}

Semirreacción de oxidación:

\ce{2 Cl- -> Cl2 + 2 e-}

Multiplicamos la semirreacción de reducción por 2 y la de oxidación por 5 para igualar el intercambio de electrones, sumándolas para obtener la ecuación iónica ajustada:

\ce{2 MnO4- + 16 H+ + 10 Cl- -> 2 Mn^{2+} + 5 Cl2 + 8 H2O}

Para obtener la ecuación molecular, añadimos los iones espectadores ( $\ce{K+}$ y los $\ce{Cl-}$ necesarios para completar las sales):

\ce{2 KMnO4 + 16 HCl -> 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 2 KCl + 8 H2O}

b) Calcule la masa de

\ce{KMnO4}

que reacciona con

25 \text{ mL}

de una disolución de

\ce{HCl}

del

30\%

de riqueza en masa cuya densidad es

1,15 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}

Primero determinamos la masa total de la disolución de $\ce{HCl}$ y la masa de soluto puro presente:

m_{\text{disolución}} = 25 \text{ mL} \cdot 1,15 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1} = 28,75 \text{ g}

m_{\ce{HCl}} = 28,75 \text{ g disolución} \cdot \frac{30 \text{ g HCl}}{100 \text{ g disolución}} = 8,625 \text{ g HCl}

Calculamos los moles de $\ce{HCl}$ utilizando su masa molar ( $M = 36,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}$ ):

n_{\ce{HCl}} = \frac{8,625 \text{ g}}{36,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 0,2363 \text{ mol HCl}

A partir de la estequiometría de la reacción ( $2 \text{ mol de } \ce{KMnO4}$ reaccionan con $16 \text{ mol de } \ce{HCl}$ ), calculamos los moles de permanganato necesarios:

n_{\ce{KMnO4}} = 0,2363 \text{ mol HCl} \cdot \frac{2 \text{ mol } \ce{KMnO4}}{16 \text{ mol HCl}} = 0,02954 \text{ mol } \ce{KMnO4}

Finalmente, calculamos la masa de $\ce{KMnO4}$ requerida mediante su masa molar ( $M = 158 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}$ ):

m_{\ce{KMnO4}} = 0,02954 \text{ mol} \cdot 158 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} = 4,667 \text{ g}