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T7: Equilibrios redox
Método del ion-electrón y estequiometría
Problema
2019 · Ordinaria · Titular
6B
Examen

El bromuro de potasio reacciona con ácido sulfúrico concentrado según la reacción:

KBr+HX2SOX4−>BrX2+KX2SOX4+SOX2+HX2O\ce{KBr + H2SO4} -> \ce{Br2 + K2SO4 + SO2 + H2O}
a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.b) ¿Qué volumen de bromo líquido (densidad 2,92 g⋅mL−12,92 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}) se obtendrá al tratar 130 g130 \text{ g} de bromuro de potasio (KBr\ce{KBr}) con ácido sulfúrico en exceso?

Datos: masas atómicas relativas Br=80Br=80 y K=39K=39.

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

Las semirreacciones de oxidación y reducción son:

Oxidacioˊn:2 BrX−→BrX2+2 eX−\text{Oxidación:} \quad \ce{2Br^- -> Br2 + 2e^-}
Reduccioˊn:SOX4X2−→SOX2\text{Reducción:} \quad \ce{SO4^{2-} -> SO2}

Ajustando átomos de oxígeno con HX2O\ce{H2O} y átomos de hidrógeno con HX+\ce{H+} en medio ácido:

SOX4X2−→SOX2+2 HX2O\ce{SO4^{2-} -> SO2 + 2H2O}
4 HX++SOX4X2−→SOX2+2 HX2O\ce{4H^+ + SO4^{2-} -> SO2 + 2H2O}

Ajustando las cargas con electrones:

Oxidacioˊn:2 BrX−→BrX2+2 eX−\text{Oxidación:} \quad \ce{2Br^- -> Br2 + 2e^-}
Reduccioˊn:4 HX++SOX4X2−+2 eX−→SOX2+2 HX2O\text{Reducción:} \quad \ce{4H^+ + SO4^{2-} + 2e^- -> SO2 + 2H2O}

Sumando ambas semirreacciones ajustadas (el número de electrones intercambiados es el mismo):

2 BrX−+4 HX++SOX4X2−→BrX2+SOX2+2 HX2O\ce{2Br^- + 4H^+ + SO4^{2-} -> Br2 + SO2 + 2H2O}

Esta es la ecuación iónica ajustada. Para la ecuación molecular, se añaden los iones espectadores y se combinan para formar los compuestos originales y productos finales. Los iones BrX−\ce{Br^-} provienen del KBr\ce{KBr}, los iones HX+\ce{H^+} y SOX4X2−\ce{SO4^{2-}} provienen del HX2SOX4\ce{H2SO4}. Además, los iones KX+\ce{K^+} y el SOX4X2−\ce{SO4^{2-}} excedente forman KX2SOX4\ce{K2SO4}.

2 KBr+2 HX2SOX4→BrX2+KX2SOX4+SOX2+2 HX2O\ce{2KBr + 2H2SO4 -> Br2 + K2SO4 + SO2 + 2H2O}
b) ¿Qué volumen de bromo líquido (densidad 2,92 g⋅mL−12,92 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}) se obtendrá al tratar 130 g130 \text{ g} de bromuro de potasio (KBr\ce{KBr}) con ácido sulfúrico en exceso?

La masa molar del bromuro de potasio (KBr\ce{KBr}) es 39+80=119 g/mol39 + 80 = 119 \text{ g/mol}.Los moles de KBr\ce{KBr} iniciales son:

nKBr=130 g119 g/mol=1,0924 moln_{\ce{KBr}} = \frac{130 \text{ g}}{119 \text{ g/mol}} = 1,0924 \text{ mol}

Según la estequiometría de la reacción ajustada, 22 moles de KBr\ce{KBr} producen 11 mol de BrX2\ce{Br2}.

Moles de BrX2=1,0924 mol KBr×1 mol BrX22 mol KBr=0,5462 mol BrX2\text{Moles de } \ce{Br2} = 1,0924 \text{ mol } \ce{KBr} \times \frac{1 \text{ mol } \ce{Br2}}{2 \text{ mol } \ce{KBr}} = 0,5462 \text{ mol } \ce{Br2}

La masa molar del bromo (BrX2\ce{Br2}) es 2×80=160 g/mol2 \times 80 = 160 \text{ g/mol}.La masa de bromo líquido obtenida es:

Masa de BrX2=0,5462 mol×160 g/mol=87,392 g\text{Masa de } \ce{Br2} = 0,5462 \text{ mol} \times 160 \text{ g/mol} = 87,392 \text{ g}

Dado que la densidad del bromo líquido es 2,92 g⋅mL−12,92 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}, el volumen de bromo será:

Volumen de BrX2=Masa de BrX2Densidad=87,392 g2,92 g⋅mL−1=29,997 mL\text{Volumen de } \ce{Br2} = \frac{\text{Masa de } \ce{Br2}}{\text{Densidad}} = \frac{87,392 \text{ g}}{2,92 \text{ g} \cdot \text{mL}^{-1}} = 29,997 \text{ mL}