QuímicaMedioProblema · 2,5 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2017 · Julio · Opción A

País Vasco · 2017 · Julio · Opción A
Enunciado
Considerando la siguiente ecuación:Al+KClO3+HCl(aq)→KCl+AlCl3+H2O\text{Al} + \text{KClO}_3 + \text{HCl}(aq) \rightarrow \text{KCl} + \text{AlCl}_3 + \text{H}_2\text{O}a) Escribir y ajustar las semirreacciones de oxidación y de reducción por el método del ion-electrón. (0,5 puntos)

b) Indicar razonadamente el agente oxidante y el reductor. (0,5 puntos)

c) Escribir la reacción molecular ajustada. (0,75 puntos)

d) ¿Cuántos gramos de Al reaccionarán con 300 mL de una disolución de clorato potásico 0,2 M? (0,75 puntos)

Datos (de la tabla del examen): masa atómica Al = 27.
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Resultado
a) Oxidación: Al→Al3++3e−\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^-. Reducción: ClO3−+6H++6e−→Cl−+3H2O\text{ClO}_3^- + 6\text{H}^+ + 6e^- \rightarrow \text{Cl}^- + 3\text{H}_2\text{O}.

b) Oxidante: ClO3−\text{ClO}_3^- (KClO3\text{KClO}_3), se reduce. Reductor: Al, se oxida.

c) 2 Al+KClO3+6 HCl→KCl+2 AlCl3+3 H2O2\,\text{Al} + \text{KClO}_3 + 6\,\text{HCl} \rightarrow \text{KCl} + 2\,\text{AlCl}_3 + 3\,\text{H}_2\text{O}.

d) Reaccionan 3,24 g de Al.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Primero hay que ver quién cambia de número de oxidación. El aluminio pasa de 0 (metal) a +3 en el AlCl3\text{AlCl}_3: se oxida. El cloro del clorato pasa de +5 en el ClO3−\text{ClO}_3^- a −1 en el KCl\text{KCl}: se reduce. El cloro del HCl ya está en −1 y sigue así: el HCl solo aporta el medio ácido y los cloruros.

Se ajusta cada semirreacción en medio ácido (oxígenos con H2O\text{H}_2\text{O}, hidrógenos con H+\text{H}^+, cargas con electrones), se igualan los electrones y se pasa a la ecuación molecular. Con ella, la estequiometría del apartado d) es directa.
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Desarrollo

Números de oxidación
  • Al: 0 → +3 (en AlCl3\text{AlCl}_3): pierde electrones, se oxida.
  • Cl del ClO3−\text{ClO}_3^-: +5 → −1 (en Cl−\text{Cl}^-): gana electrones, se reduce.
a) Semirreacciones ajustadas

Oxidación:Al→Al3++3 e−\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,e^-Reducción (en medio ácido: los 3 O pasan a 3 H2O\text{H}_2\text{O}, que piden 6 H+\text{H}^+; la carga se iguala con 6 electrones):ClO3−+6 H++6 e−→Cl−+3 H2O\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- \rightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}b) Oxidante y reductor
  • Agente oxidante: el ion clorato, ClO3−\text{ClO}_3^- (es decir, el KClO3\text{KClO}_3), porque gana electrones (se reduce) y así oxida al aluminio.
  • Agente reductor: el aluminio, Al, porque pierde electrones (se oxida) y así reduce al clorato.
c) Ecuación iónica global

Para igualar los electrones, la oxidación se multiplica por 2:2 (Al→Al3++3 e−)2\,(\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,e^-)ClO3−+6 H++6 e−→Cl−+3 H2O\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- \rightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}2 Al+ClO3−+6 H+→2 Al3++Cl−+3 H2O2\,\text{Al} + \text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ \rightarrow 2\,\text{Al}^{3+} + \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}Ecuación molecular

Los 6 H+\text{H}^+ los aporta el HCl (6 HCl), el clorato va como KClO3\text{KClO}_3, y los iones se reúnen en KCl\text{KCl} y AlCl3\text{AlCl}_3:2 Al+KClO3+6 HCl→KCl+2 AlCl3+3 H2O2\,\text{Al} + \text{KClO}_3 + 6\,\text{HCl} \rightarrow \text{KCl} + 2\,\text{AlCl}_3 + 3\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K 1 = 1; Cl 1+6=71 + 6 = 7 a la izquierda y 1+6=71 + 6 = 7 a la derecha; H 6 = 6; O 3 = 3; Al 2 = 2.

d) Moles de cloraton(KClO3)=M⋅V=0,2 mol/L⋅0,300 L=0,060 moln(\text{KClO}_3) = M\cdot V = 0{,}2\ \text{mol/L}\cdot 0{,}300\ \text{L} = 0{,}060\ \text{mol}Moles y masa de aluminio

Según la ecuación, 2 mol de Al reaccionan con 1 mol de KClO3\text{KClO}_3:n(Al)=0,060⋅2=0,120 molm(Al)=0,120⋅27=3,24 gn(\text{Al}) = 0{,}060\cdot 2 = 0{,}120\ \text{mol} \qquad m(\text{Al}) = 0{,}120\cdot 27 = 3{,}24\ \text{g}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

No te dejes engañar por el cloro: aparece en tres sustancias, pero solo cambia de número de oxidación el del clorato (+5 → −1). El del HCl entra como −1 y sale como −1; su papel es dar el medio ácido y los cloruros de los productos.

Antes de usar la ecuación en la estequiometría, comprueba átomo a átomo (y la carga en la iónica) que está bien ajustada: un coeficiente mal en c) arrastra el error a d).
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