Problema resuelto de Química: Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2017 · Julio · Opción A

a) Números de oxidación$$\overset{+2}{\text{Fe}}\text{SO}_4 \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}}{}_2(\text{SO}_4)_3 \qquad \text{H}_2\overset{-1}{\text{O}}{}_2 \longrightarrow \text{H}_2\overset{-2}{\text{O}}$$El $\text{Fe}^{2+}$ es el reductor y el $\text{H}_2\text{O}_2$, el oxidante.

Semirreacción de oxidación$$\text{Fe}^{2+} \longrightarrow \text{Fe}^{3+} + e^-$$Semirreacción de reducción. En medio ácido, los oxígenos que sobran salen como agua con ayuda de $\text{H}^+$:$$\text{H}_2\text{O}_2 + 2\,\text{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$$Ecuación iónica. Multiplicamos la oxidación por 2 para igualar los electrones y sumamos:$$2\,\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{Fe}^{3+} + 2\,\text{H}_2\text{O}$$Ecuación molecular. Los $\text{H}^+$ los aporta el $\text{H}_2\text{SO}_4$ (un ácido diprótico: $2\,\text{H}^+$ son una molécula) y el hierro va con sus sulfatos. Los $2\,\text{Fe}^{3+}$ forman un $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$, que necesita tres sulfatos: dos vienen de los $2\,\text{FeSO}_4$ y uno del ácido.$$2\,\text{FeSO}_4 + \text{H}_2\text{O}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 2\,\text{H}_2\text{O}$$Comprobación: 2 Fe, 3 S, 14 O y 4 H a cada lado.

b) Moles de cada reactivo$$n(\text{FeSO}_4) = c\,V = 0{,}025\ \text{mol/L}\cdot 0{,}250\ \text{L} = 6{,}25\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$$$n(\text{H}_2\text{O}_2) = 0{,}075\ \text{mol/L}\cdot 0{,}125\ \text{L} = 9{,}375\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$Reactivo limitante. La ecuación pide 2 mol de $\text{FeSO}_4$ por cada mol de $\text{H}_2\text{O}_2$. Para gastar todo el $\text{FeSO}_4$ hacen falta$$n(\text{H}_2\text{O}_2)_{\text{necesario}} = \frac{6{,}25\cdot 10^{-3}}{2} = 3{,}125\cdot 10^{-3}\ \text{mol} < 9{,}375\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$así que sobra agua oxigenada y el limitante es el $\text{FeSO}_4$.

Moles de sulfato de hierro (III). Por cada 2 mol de $\text{FeSO}_4$ se forma 1 mol de $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$:$$n\big(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\big) = \frac{n(\text{FeSO}_4)}{2} = 3{,}125\cdot 10^{-3}\ \text{mol}$$Masa. Con $M\big(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\big) = 2\cdot 55{,}85 + 3\cdot(32 + 4\cdot 16) = 399{,}7\ \text{g/mol}$:$$m = n\,M = 3{,}125\cdot 10^{-3}\ \text{mol}\cdot 399{,}7\ \text{g/mol} = 1{,}25\ \text{g}$$