QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2019 · Junio · Opción B

Enunciado

Opción B · Problema 6. El bromuro de potasio reacciona con ácido sulfúrico concentrado según la reacción:

\text{KBr} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Br}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O}

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

b) ¿Qué volumen de bromo líquido (densidad

2{,}92\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1}

) se obtendrá al tratar

130\ \text{g}

de bromuro de potasio (

\text{KBr}

) con ácido sulfúrico en exceso?

Datos: masas atómicas relativas:

\text{Br} = 80

;

\text{K} = 39

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } 2\,\text{KBr} + 2\,\text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{Br}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{Br}_2) = 29{,}9\ \text{mL} \; (87{,}4\ \text{g})\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Asigna estados de oxidación para ver quién cambia:

\text{Br}: -1 \rightarrow 0 \;(\textbf{oxidación}) \qquad\qquad \text{S}: +6 \;(\text{en } \text{SO}_4^{2-}) \rightarrow +4 \;(\text{en } \text{SO}_2) \;(\textbf{reducción})

Los dos procesos intercambian 2 electrones, así que las semirreacciones se suman directamente, sin multiplicar.

Y ten presente lo de siempre con el

\text{H}_2\text{SO}_4

: no todo se reduce. Parte actúa como oxidante (da

\text{SO}_2

) y parte aporta el sulfato de la sal, así que el coeficiente de la ecuación molecular es mayor que el de la iónica.

En b), el enunciado pide un volumen de líquido, así que el problema no acaba en gramos: hay que aplicar la densidad al final.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación:

2\,\text{Br}^- \longrightarrow \text{Br}_2 + 2\,e^-

Semirreacción de reducción (medio ácido):

\text{SO}_4^{2-} + 4\,\text{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow \text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Ambas intercambian

2\,e^-

, así que se suman tal cual:

2\,\text{Br}^- + \text{SO}_4^{2-} + 4\,\text{H}^+ \longrightarrow \text{Br}_2 + \text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad (\textbf{iónica})

Comprobación de cargas: izquierda

(-2) + (-2) + (+4) = 0

; derecha

0\ \checkmark

Ecuación molecular. Los

4\,\text{H}^+

obligan a 2 $\text{H}_2\text{SO}_4$ : uno se reduce a

\text{SO}_2

y el otro aporta el sulfato que forma el

\text{K}_2\text{SO}_4

con los dos potasios.

2\,\text{KBr} + 2\,\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Br}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{K}

: 2 y 2;

\text{Br}

: 2 y 2;

\text{S}

: 2 y

1 + 1 = 2

;

\text{H}

: 4 y 4;

\text{O}

: 8 y

4 + 2 + 2 = 8\ \checkmark

b) Volumen de bromo líquido.

M(\text{KBr}) = 39 + 80 = 119\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} \qquad\qquad M(\text{Br}_2) = 2 \cdot 80 = 160\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

n(\text{KBr}) = \frac{130}{119} = 1{,}092\ \text{mol}

Relación estequiométrica

2\ \text{KBr} : 1\ \text{Br}_2

(el ácido está en exceso, así que el

\text{KBr}

es el reactivo limitante):

n(\text{Br}_2) = \frac{1{,}092}{2} = 0{,}546\ \text{mol}

m(\text{Br}_2) = 0{,}546 \cdot 160 = 87{,}4\ \text{g}

V = \frac{m}{d} = \frac{87{,}4}{2{,}92} = \mathbf{29{,}9\ mL}

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

El ácido sulfúrico concentrado hace dos papeles a la vez: oxidante (se reduce a $\text{SO}_2$ ) y fuente de sulfato para la sal. Por eso su coeficiente molecular es 2 y no 1. Contar los átomos de azufre a ambos lados es lo que lo confirma.

Con reactivo «en exceso», no hay que calcular reactivo limitante: el otro lo es por definición. Pero menciónalo explícitamente, porque forma parte del planteamiento correcto.

Y no te dejes el último paso: el enunciado pide volumen, no masa. La densidad del bromo aparece en el enunciado precisamente para eso; si sobra un dato, suele ser señal de que falta un paso.