T7: Equilibrios redox · Ajuste redox y estequiometría

Ajuste redox y estequiometría

Problema

2020 · Extraordinaria · Titular

El nitrato de potasio reacciona en medio básico para dar nitrito de potasio según la siguiente reacción química:

\ce{KNO3 + MnO2 + KOH} -> \ce{K2MnO4 + KNO2 + H2O}

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

\ce{KOH}

necesaria para obtener

250 \text{ g}

\ce{KNO2}

. ¿Cuál sería la masa necesaria de

\ce{KOH}

, suponiendo que el rendimiento es del

70 \%

Datos: Masas atómicas relativas: $K=39; N=14; O=16; H=1$ .

método ion-electrónrendimiento de reacciónestequiometría redox

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

Determinación de los estados de oxidación:

\ce{NO3-}: N = +5

\ce{MnO2}: Mn = +4

\ce{NO2-}: N = +3

\ce{MnO4^2-}: Mn = +6

Semirreacción de oxidación ( $\ce{Mn}$ de +4 a +6):

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

Semirreacción de reducción ( $\ce{N}$ de +5 a +3):

\ce{NO3- + H2O + 2e- -> NO2- + 2OH-}

Suma de las semirreacciones (reacción iónica ajustada):

\ce{MnO2(s) + NO3-(aq) + 2OH-(aq) -> MnO4^2-(aq) + NO2-(aq) + H2O(l)}

Reacción molecular ajustada (añadiendo los iones $\ce{K+}$ como espectadores):

\ce{KNO3 + MnO2 + 2KOH -> K2MnO4 + KNO2 + H2O}

b) Calcule la masa de

\ce{KOH}

necesaria para obtener

250 \text{ g}

\ce{KNO2}

. ¿Cuál sería la masa necesaria de

\ce{KOH}

, suponiendo que el rendimiento es del

70 \%

Masas molares:

M(\ce{KNO2}) = 39 + 14 + 2 \cdot 16 = 85 \text{ g/mol}

M(\ce{KOH}) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ g/mol}

Cálculo de los moles de $\ce{KNO2}$ a obtener:

\text{Moles de } \ce{KNO2} = \frac{250 \text{ g}}{85 \text{ g/mol}} = 2.941 \text{ mol}

Según la estequiometría de la reacción ajustada ( $\ce{KNO3 + MnO2 + 2KOH -> K2MnO4 + KNO2 + H2O}$ ), se necesitan $2 \text{ moles de } \ce{KOH}$ para producir $1 \text{ mol de } \ce{KNO2}$ .Cálculo de los moles de $\ce{KOH}$ necesarios (teóricos):

\text{Moles de } \ce{KOH} = 2.941 \text{ mol } \ce{KNO2} \cdot \frac{2 \text{ mol } \ce{KOH}}{1 \text{ mol } \ce{KNO2}} = 5.882 \text{ mol } \ce{KOH}

Cálculo de la masa de $\ce{KOH}$ necesaria (teórica):

\text{Masa de } \ce{KOH} = 5.882 \text{ mol} \cdot 56 \text{ g/mol} = 329.39 \text{ g}

Si el rendimiento es del $70 \%$ , la masa de $\ce{KOH}$ necesaria será mayor para obtener la misma cantidad de producto deseado. La masa teórica calculada representa solo el $70 \%$ del $\ce{KOH}$ que realmente se debe usar.

\text{Masa de } \ce{KOH}_{(\text{rendimiento } 70\%)} = \frac{\text{Masa teórica de } \ce{KOH}}{\text{Rendimiento}} = \frac{329.39 \text{ g}}{0.70} = 470.56 \text{ g}

La masa de $\ce{KOH}$ necesaria para obtener $250 \text{ g}$ de $\ce{KNO2}$ es $329.4 \text{ g}$ . Si el rendimiento de la reacción es del $70 \%$ , la masa de $\ce{KOH}$ necesaria sería $470.6 \text{ g}$ .