QuímicaMedioProblema · 3 pts

Ajuste redox y estequiometría

También trata: Formulación y nomenclatura inorgánica
Castilla-La Mancha · 2018 · Julio · Opción B
Enunciado
El KClO3\text{KClO}_3 reacciona con el FeSO4\text{FeSO}_4 en medio ácido H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4 formando Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3, KCl\text{KCl} y H2O\text{H}_2\text{O}.

a) (0,5 p) Nombra los reactivos y los productos de la reacción.

b) (1,5 p) Utilizando el método del ion electrón ajusta y escribe la ecuación iónica.

c) (0,5 p) Escribe la ecuación molecular correspondiente.

d) (0,5 p) Calcula la riqueza del FeSO4\text{FeSO}_4 utilizado si una muestra de 3,250 g3{,}250\ \text{g} de esta sal produce 3,459 g3{,}459\ \text{g} de Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3.

Datos: Masas atómicas S = 32,1; Fe = 58,8; O = 16,0.
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Resultado
ClO3−+6 Fe2++6 H+→Cl−+6 Fe3++3 H2O\boxed{\text{ClO}_3^- + 6\,\text{Fe}^{2+} + 6\,\text{H}^+ \rightarrow \text{Cl}^- + 6\,\text{Fe}^{3+} + 3\,\text{H}_2\text{O}}KClO3+6 FeSO4+3 H2SO4→3 Fe2(SO4)3+KCl+3 H2O\boxed{\text{KClO}_3 + 6\,\text{FeSO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 3\,\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KCl} + 3\,\text{H}_2\text{O}}Riqueza=81,2 %\boxed{\text{Riqueza} = 81{,}2\ \%}
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Estrategia

Primero localizamos qué cambia de número de oxidación. El cloro pasa de +5+5 en el clorato (ClO3−\text{ClO}_3^-) a −1-1 en el cloruro: se reduce (el clorato es el oxidante). El hierro pasa de +2+2 a +3+3: se oxida (el Fe2+\text{Fe}^{2+} es el reductor). El azufre del sulfato no cambia.

Ajustamos cada semirreacción en medio ácido (oxígenos con H2O\text{H}_2\text{O}, hidrógenos con H+\text{H}^+), igualamos los electrones y sumamos. Después pasamos a la ecuación molecular con los iones espectadores (K+\text{K}^+, SO42−\text{SO}_4^{2-}).

Para la riqueza: de la masa de Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 obtenida sacamos, por la estequiometría, la masa de FeSO4\text{FeSO}_4 puro que había en la muestra, y la comparamos con la masa de la muestra.
2

Desarrollo

a) Nombres.
FórmulaNomenclatura tradicionalNomenclatura de composición
KClO3\text{KClO}_3clorato de potasiotrioxidoclorato de potasio
FeSO4\text{FeSO}_4sulfato de hierro(II)tetraoxidosulfato de hierro(II)
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4ácido sulfúricodihidrogeno(tetraoxidosulfato)
Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3sulfato de hierro(III)tris(tetraoxidosulfato) de dihierro
KCl\text{KCl}cloruro de potasiocloruro de potasio
H2O\text{H}_2\text{O}aguaoxidano
b) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación que cambian: Cl+5O3−→Cl−1−\overset{+5}{\text{Cl}}\text{O}_3^- \rightarrow \overset{-1}{\text{Cl}}{}^- y Fe+22+→Fe+33+\overset{+2}{\text{Fe}}{}^{2+} \rightarrow \overset{+3}{\text{Fe}}{}^{3+}.

Semirreacción de reducción (el cloro gana 6 electrones). Se ajustan los 3 O con 3 H2O\text{H}_2\text{O} y los 6 H con 6 H+\text{H}^+:ClO3−+6 H++6 e−⟶Cl−+3 H2O\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:Fe2+⟶Fe3++e−\text{Fe}^{2+} \longrightarrow \text{Fe}^{3+} + e^-Para igualar los electrones multiplicamos la oxidación por 6 y sumamos:ClO3−+6 H++6 e−⟶Cl−+3 H2O6 Fe2+⟶6 Fe3++6 e−\begin{aligned} \text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- &\longrightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O} \\ 6\,\text{Fe}^{2+} &\longrightarrow 6\,\text{Fe}^{3+} + 6\,e^- \end{aligned}Ecuación iónica ajustada:ClO3−+6 Fe2++6 H+⟶Cl−+6 Fe3++3 H2O\text{ClO}_3^- + 6\,\text{Fe}^{2+} + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow \text{Cl}^- + 6\,\text{Fe}^{3+} + 3\,\text{H}_2\text{O}Comprobación de cargas: izquierda −1+12+6=+17-1 + 12 + 6 = +17; derecha −1+18=+17-1 + 18 = +17. ✔

El oxidante es el ClO3−\text{ClO}_3^- (se reduce) y el reductor, el Fe2+\text{Fe}^{2+} (se oxida).

c) Ecuación molecular.

Los 6 H+\text{H}^+ los aportan 3 H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4; el ClO3−\text{ClO}_3^- viene con su K+\text{K}^+ (KClO3_3 → KCl), y los 6 Fe3+\text{Fe}^{3+} forman 3 Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3, que necesitan 9 sulfatos: 6 del FeSO4\text{FeSO}_4 y 3 del ácido.KClO3+6 FeSO4+3 H2SO4⟶3 Fe2(SO4)3+KCl+3 H2O\text{KClO}_3 + 6\,\text{FeSO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\,\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KCl} + 3\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K 1 = 1; Cl 1 = 1; Fe 6 = 6; S 6+3=9=96 + 3 = 9 = 9; H 6 = 6; O 3+24+12=39=36+33 + 24 + 12 = 39 = 36 + 3. ✔
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
d) Riqueza del FeSO4\text{FeSO}_4.

Masas molares con los datos del enunciado:M(FeSO4)=58,8+32,1+4⋅16,0=154,9 g/molM(\text{FeSO}_4) = 58{,}8 + 32{,}1 + 4\cdot 16{,}0 = 154{,}9\ \text{g/mol}M(Fe2(SO4)3)=2⋅58,8+3⋅(32,1+4⋅16,0)=405,9 g/molM(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3) = 2\cdot 58{,}8 + 3\cdot(32{,}1 + 4\cdot 16{,}0) = 405{,}9\ \text{g/mol}Moles de sulfato de hierro(III) obtenidos:n(Fe2(SO4)3)=3,459 g405,9 g/mol=8,522⋅10−3 moln\big(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\big) = \frac{3{,}459\ \text{g}}{405{,}9\ \text{g/mol}} = 8{,}522\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Según la ecuación, 6 mol FeSO4→3 mol Fe2(SO4)36\ \text{mol FeSO}_4 \rightarrow 3\ \text{mol Fe}_2(\text{SO}_4)_3, es decir, 2 a 1 (cada Fe2(SO4)3\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 lleva dos hierros):n(FeSO4)=2⋅8,522⋅10−3=1,704⋅10−2 moln(\text{FeSO}_4) = 2\cdot 8{,}522\cdot 10^{-3} = 1{,}704\cdot 10^{-2}\ \text{mol}m(FeSO4 puro)=1,704⋅10−2 mol⋅154,9 g/mol=2,640 gm(\text{FeSO}_4\ \text{puro}) = 1{,}704\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot 154{,}9\ \text{g/mol} = 2{,}640\ \text{g}Riqueza=2,640 g3,250 g⋅100=81,2 %\text{Riqueza} = \frac{2{,}640\ \text{g}}{3{,}250\ \text{g}}\cdot 100 = 81{,}2\ \%(El enunciado da Fe = 58,8, cuando la masa atómica real del hierro es 55,8. Con el valor real, M(FeSO4)=151,9M(\text{FeSO}_4) = 151{,}9 y M(Fe2(SO4)3)=399,9 g/molM(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3) = 399{,}9\ \text{g/mol}, y la riqueza sale 80,9 %80{,}9\ \%: prácticamente lo mismo, porque el hierro aparece en las dos sustancias.)
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Consejo

En medio ácido, primero el elemento que cambia, luego los oxígenos con H2O\text{H}_2\text{O} y por último los hidrógenos con H+\text{H}^+. Comprueba siempre que las cargas cuadran a los dos lados.

En la riqueza, la relación molar es 2 FeSO4_4 : 1 Fe2_2(SO4_4)3_3, no 1 : 1. Y calcula con las masas atómicas que da el enunciado, aunque alguna no coincida con la de tu tabla.
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