T7: Equilibrios redox · Estequiometría y ajuste redox

Estequiometría y ajuste redox

Problema

2022 · Extraordinaria · Reserva

Teniendo en cuenta la siguiente reacción: $\ce{KClO3 + KOH + CoCl2 -> KCl + Co2O3 + H2O}$

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

\ce{KCl}

que se obtiene al hacer reaccionar

2 \text{ g}

\ce{KClO3}

con

5 \text{ g}

\ce{CoCl2}

y exceso de

\ce{KOH}

Datos: Masas atómicas relativas: $\ce{K} = 39,1$ ; $\ce{Cl} = 35,5$ ; $\ce{O} = 16$ ; $\ce{Co} = 58,9$

Ajuste redoxEstequiometría

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

Determinación de los números de oxidación y las semirreacciones:Cloro en $\ce{KClO3}$ : $+5$ . Cloro en $\ce{KCl}$ : $-1$ . El cloro se reduce.Cobalto en $\ce{CoCl2}$ : $+2$ . Cobalto en $\ce{Co2O3}$ : $+3$ . El cobalto se oxida.La reacción ocurre en medio básico debido a la presencia de $\ce{KOH}$ .

Semirreacción de oxidación (Co):

\ce{Co^{2+} -> Co2O3}

2\ce{Co^{2+} -> Co2O3}

2\ce{Co^{2+} + 6OH- -> Co2O3 + 3H2O}

2\ce{Co^{2+} + 6OH- -> Co2O3 + 3H2O + 2e-}

Semirreacción de reducción (Cl):

\ce{ClO3- -> Cl-}

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

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

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

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

Combinación de semirreacciones (multiplicando la oxidación por 3):

3 \times (2\ce{Co^{2+} + 6OH- -> Co2O3 + 3H2O + 2e-})

6\ce{Co^{2+} + 18OH- -> 3Co2O3 + 9H2O + 6e-}

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

Sumando ambas semirreacciones y simplificando los electrones, agua y $\ce{OH-}$ :

6\ce{Co^{2+} + 12OH- + ClO3- -> 3Co2O3 + 6H2O + Cl-}

Ecuación molecular ajustada:

Para obtener la ecuación molecular, se añaden los iones espectadores ( $\ce{K+}$ y $\ce{Cl-}$ ). El ion $\ce{K+}$ de $\ce{KClO3}$ y $\ce{KOH}$ se combina con el $\ce{Cl-}$ producido de la reducción y los $\ce{Cl-}$ de $\ce{CoCl2}$ para formar $\ce{KCl}$ .

\ce{KClO3 + 6CoCl2 + 12KOH -> 13KCl + 3Co2O3 + 6H2O}

b) Cálculo de la masa de

\ce{KCl}

obtenida.

Cálculo de las masas molares de los reactivos y el producto de interés:

M(\ce{KClO3}) = 39.1 + 35.5 + 3 \times 16.0 = 122.6 \text{ g/mol}

M(\ce{CoCl2}) = 58.9 + 2 \times 35.5 = 129.9 \text{ g/mol}

M(\ce{KCl}) = 39.1 + 35.5 = 74.6 \text{ g/mol}

Cálculo de los moles iniciales de los reactivos:

\text{Moles de } \ce{KClO3} = \frac{2 \text{ g}}{122.6 \text{ g/mol}} = 0.016313 \text{ mol}

\text{Moles de } \ce{CoCl2} = \frac{5 \text{ g}}{129.9 \text{ g/mol}} = 0.038491 \text{ mol}

Determinación del reactivo limitante:Según la estequiometría de la reacción ajustada, $1 \text{ mol de } \ce{KClO3}$ reacciona con $6 \text{ mol de } \ce{CoCl2}$ .Para reaccionar completamente $0.016313 \text{ mol de } \ce{KClO3}$ , se necesitarían:

0.016313 \text{ mol } \ce{KClO3} \times \frac{6 \text{ mol } \ce{CoCl2}}{1 \text{ mol } \ce{KClO3}} = 0.097878 \text{ mol } \ce{CoCl2}

Dado que solo se dispone de $0.038491 \text{ mol de } \ce{CoCl2}$ , y se necesitan $0.097878 \text{ mol de } \ce{CoCl2}$ , el $\ce{CoCl2}$ es el reactivo limitante.Cálculo de los moles de $\ce{KCl}$ producidos a partir del reactivo limitante:Según la ecuación balanceada, $6 \text{ mol de } \ce{CoCl2}$ producen $13 \text{ mol de } \ce{KCl}$ .

\text{Moles de } \ce{KCl} = 0.038491 \text{ mol } \ce{CoCl2} \times \frac{13 \text{ mol } \ce{KCl}}{6 \text{ mol } \ce{CoCl2}} = 0.08340 \text{ mol } \ce{KCl}

Cálculo de la masa de $\ce{KCl}$ :

\text{Masa de } \ce{KCl} = 0.08340 \text{ mol} \times 74.6 \text{ g/mol} = 6.21684 \text{ g}

La masa de $\ce{KCl}$ que se obtiene es $6.22 \text{ g}$ .