T7: Equilibrios redox · Oxidación-reducción — QUIMICA PEvAU Andalucía 2022

T7: Equilibrios redox

Oxidación-reducción

Problema

2022 · Extraordinaria · Suplente

El ácido hipocloroso ( $\ce{HClO}$ ) reacciona con fósforo blanco ( $\ce{P4}$ ) según la reacción:

\ce{HClO + P4 + H2O} -> \ce{H3PO4 + HCl}

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

\ce{P4}

necesaria para obtener

100 \text{ g}

\ce{H3PO4}

teniendo en cuenta que la reacción tiene un rendimiento del

70\%

Datos: Masas atómicas relativas: $\text{P} = 31$ ; $\text{H} = 1$ ; $\text{O} = 16$

RedoxMétodo ion-electrónEstequiometría+1

Ajuste redox y estequiometría

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

Se determinan los estados de oxidación de los elementos que participan en el proceso redox: el cloro en el $\ce{HClO}$ actúa con $+1$ y se reduce a $-1$ en el $\ce{HCl}$ , mientras que el fósforo elemental $\ce{P4}$ tiene estado $0$ y se oxida a $+5$ en el $\ce{H3PO4}$ .

\text{Reducción: } 10 \times ( \ce{HClO + H+ + 2e- -> Cl- + H2O} )

\text{Oxidación: } 1 \times ( \ce{P4 + 16 H2O -> 4 H3PO4 + 20 H+ + 20 e-} )

Sumando ambas semirreacciones y simplificando los electrones, así como las moléculas de agua y los protones en ambos miembros, se obtiene la ecuación iónica ajustada:

10 \ce{HClO} + \ce{P4} + 6 \ce{H2O} \to 10 \ce{Cl-} + 10 \ce{H+} + 4 \ce{H3PO4}

Trasladando los coeficientes a la ecuación molecular, agrupando los iones cloruro y protones como ácido clorhídrico:

10 \ce{HClO} + \ce{P4} + 6 \ce{H2O} \to 4 \ce{H3PO4} + 10 \ce{HCl}

b) Calcule la masa de

\ce{P4}

necesaria para obtener

100 \text{ g}

\ce{H3PO4}

teniendo en cuenta que la reacción tiene un rendimiento del

70\%

Se calculan las masas molares de los reactivos y productos involucrados:

M(\ce{H3PO4}) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

M(\ce{P4}) = 4 \cdot 31 = 124 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

Considerando el rendimiento ( $\eta$ ) del $70\%$ , la masa teórica de $\ce{H3PO4}$ que se debería obtener es:

m_{\text{teórica}} = \frac{m_{\text{real}}}{\eta} = \frac{100 \text{ g}}{0,70} = 142,86 \text{ g de } \ce{H3PO4}

A partir de la estequiometría de la reacción ajustada, donde $1 \text{ mol de } \ce{P4}$ produce $4 \text{ moles de } \ce{H3PO4}$ , se calcula la masa de fósforo necesaria:

m(\ce{P4}) = 142,86 \text{ g } \ce{H3PO4} \cdot \frac{1 \text{ mol } \ce{H3PO4}}{98 \text{ g } \ce{H3PO4}} \cdot \frac{1 \text{ mol } \ce{P4}}{4 \text{ mol } \ce{H3PO4}} \cdot \frac{124 \text{ g } \ce{P4}}{1 \text{ mol } \ce{P4}}

m(\ce{P4}) = 45,19 \text{ g}