T7: Equilibrios redox

Estequiometría redox

Problema

2023 · Extraordinaria · Titular

A.5

La reacción entre dióxido de azufre y sulfato de cobre(II), en presencia de cloruro de sodio, permite preparar cloruro de cobre(I), produciéndose también sulfato de sodio y ácido sulfúrico.

a) Formule y ajuste por el método del ion electrón las semirreacciones de oxidación y reducción que tienen lugar. Indique las especies que actúan como oxidante y reductora.b) Ajuste las reacciones iónica y molecular.c) Calcule el volumen de

\ce{SO2}

que reacciona con

7,0 \text{ g}

de sulfato de cobre(II), a

1,0 \text{ atm}

25 ^\circ\text{C}

Datos. Masas atómicas (u): $O = 16,0; S = 32,0; Cu = 63,5$ . $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$ .

Método ion-electrónEstequiometríaformulación inorgánica

a) Formule y ajuste por el método del ion electrón las semirreacciones de oxidación y reducción que tienen lugar. Indique las especies que actúan como oxidante y reductora.

En este proceso redox, el cobre reduce su estado de oxidación de $+2$ en el $\ce{CuSO4}$ a $+1$ en el $\ce{CuCl}$ , mientras que el azufre se oxida de $+4$ en el $\ce{SO2}$ a $+6$ en el ion sulfato.

\text{Reducción: } \ce{Cu^{2+} + Cl^- + 1 e^- -> CuCl}

\text{Oxidación: } \ce{SO2 + 2 H2O -> SO4^{2-} + 4 H^+ + 2 e^-}

La especie oxidante es el ion $\ce{Cu^{2+}}$ (contenido en el $\ce{CuSO4}$ ), ya que capta electrones. La especie reductora es el $\ce{SO2}$ , ya que cede electrones.

b) Ajuste las reacciones iónica y molecular.

Igualamos el número de electrones multiplicando la semirreacción de reducción por 2 y sumamos ambas ecuaciones para obtener la ecuación iónica ajustada:

\ce{2 Cu^{2+} + 2 Cl^- + 2 e^-} -> \ce{2 CuCl}

\ce{SO2 + 2 H2O} -> \ce{SO4^{2-} + 4 H^+ + 2 e^-}

\text{Ecuación iónica: } \ce{2 Cu^{2+} + 2 Cl^- + SO2 + 2 H2O -> 2 CuCl + SO4^{2-} + 4 H^+}

Asociamos los iones con sus respectivos contraiones ( $\ce{SO4^{2-}}$ , $\ce{Na+}$ y $\ce{Cl^-}$ ) para obtener la ecuación molecular balanceada:

\ce{2 CuSO4 + 2 NaCl + SO2 + 2 H2O} -> \ce{2 CuCl + Na2SO4 + 2 H2SO4}

c) Calcule el volumen de

\ce{SO2}

que reacciona con

7,0 \text{ g}

de sulfato de cobre(II), a

1,0 \text{ atm}

25 ^\circ\text{C}

Calculamos primero la masa molar del $\ce{CuSO4}$ :

M(\ce{CuSO4}) = 63,5 + 32,0 + (4 \cdot 16,0) = 159,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

Determinamos la cantidad de sustancia de $\ce{CuSO4}$ a partir de la masa dada:

n(\ce{CuSO4}) = \frac{7,0 \text{ g}}{159,5 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 0,04389 \text{ mol}

Utilizamos la relación estequiométrica de la reacción ajustada ( $2 \text{ mol de } \ce{CuSO4} : 1 \text{ mol de } \ce{SO2}$ ):

n(\ce{SO2}) = 0,04389 \text{ mol } \ce{CuSO4} \cdot \frac{1 \text{ mol } \ce{SO2}}{2 \text{ mol } \ce{CuSO4}} = 0,02194 \text{ mol }

Finalmente, calculamos el volumen de $\ce{SO2}$ empleando la ecuación de los gases ideales con $T = 25 + 273,15 = 298,15 \text{ K}$ :

V = \frac{n \cdot R \cdot T}{P} = \frac{0,02194 \cdot 0,082 \cdot 298,15}{1,0} = 0,536 \text{ L}