QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2019 · Julio · Opción B

Comunitat Valenciana · 2019 · Julio · Opción B
Enunciado
En el laboratorio se puede obtener fácilmente yodo, I2(s)\text{I}_2(s), haciendo reaccionar yoduro de potasio, KI(ac)\text{KI}(ac), con agua oxigenada, H2O2(ac)\text{H}_2\text{O}_2(ac), en presencia de un exceso de ácido clorhídrico, HCl(ac)\text{HCl}(ac), de acuerdo con la reacción (no ajustada):KI(ac)+H2O2(ac)+HCl(ac)⟶I2(s)+H2O(l)+KCl(ac)\text{KI}(ac) + \text{H}_2\text{O}_2(ac) + \text{HCl}(ac) \longrightarrow \text{I}_2(s) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{KCl}(ac)a) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción, así como la ecuación química global ajustada tanto en su forma iónica como molecular. (1 punto)

b) Si se mezclan 150 mL de una disolución 0,2 M de KI (en medio ácido) con 125 mL de otra disolución ácida conteniendo H2O2(ac)\text{H}_2\text{O}_2(ac) en concentración 0,15 M, calcule la cantidad (en gramos) de yodo obtenida. (1 punto)

Datos: Masa atómica relativa: I (126,9).
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Resultado
a) Oxidación: 2I−→I2+2e−2\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2 + 2e^-. Reducción: H2O2+2H++2e−→2H2O\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2e^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}. Iónica: 2I−+H2O2+2H+→I2+2H2O2\text{I}^- + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O}. Molecular: 2KI+H2O2+2HCl→I2+2H2O+2KCl2\text{KI} + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{KCl}.

b) KI limitante: 3,81 g3{,}81\ \text{g} de I2\text{I}_2 (0,015 mol).
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Estrategia

Primero, los números de oxidación para ver quién cambia: el yodo pasa de −1 (en el I−\text{I}^-) a 0 (en el I2\text{I}_2), así que se oxida; el oxígeno del agua oxigenada pasa de −1 a −2 (en el agua), así que se reduce. El K+\text{K}^+ y el Cl−\text{Cl}^- son espectadores.

Se ajusta por el método del ion-electrón en medio ácido, se igualan los electrones y, para la ecuación molecular, se añaden los iones espectadores. En b) se calculan los moles de cada reactivo con n=c Vn = c\,V y se busca el limitante con la estequiometría del ajuste.
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Desarrollo

a) Semirreacción de oxidación. El yoduro pierde electrones:2 I−⟶I2+2e−2\,\text{I}^- \longrightarrow \text{I}_2 + 2e^-Semirreacción de reducción. El peróxido gana electrones; en medio ácido, los oxígenos que sobran acaban en agua con ayuda de los H+\text{H}^+:H2O2+2 H++2e−⟶2 H2O\text{H}_2\text{O}_2 + 2\,\text{H}^+ + 2e^- \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}Ecuación iónica. Las dos semirreacciones intercambian los mismos 2 electrones, así que se suman tal cual:2 I−(ac)+H2O2(ac)+2 H+(ac)⟶I2(s)+2 H2O(l)2\,\text{I}^-(ac) + \text{H}_2\text{O}_2(ac) + 2\,\text{H}^+(ac) \longrightarrow \text{I}_2(s) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)Ecuación molecular. Los I−\text{I}^- vienen del KI y los H+\text{H}^+ del HCl; los K+\text{K}^+ y los Cl−\text{Cl}^- forman KCl:2 KI(ac)+H2O2(ac)+2 HCl(ac)⟶I2(s)+2 H2O(l)+2 KCl(ac)2\,\text{KI}(ac) + \text{H}_2\text{O}_2(ac) + 2\,\text{HCl}(ac) \longrightarrow \text{I}_2(s) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l) + 2\,\text{KCl}(ac)Comprobación: 2 K, 2 I, 2 Cl, 4 H y 2 O a cada lado.

b) Moles de cada reactivon(KI)=c V=0,2 mol/L⋅0,150 L=0,030 moln(\text{KI}) = c\,V = 0{,}2\ \text{mol/L}\cdot 0{,}150\ \text{L} = 0{,}030\ \text{mol}n(H2O2)=0,15 mol/L⋅0,125 L=0,01875 moln(\text{H}_2\text{O}_2) = 0{,}15\ \text{mol/L}\cdot 0{,}125\ \text{L} = 0{,}01875\ \text{mol}Reactivo limitante. Por cada mol de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 reaccionan 2 mol de KI. Para gastar todo el peróxido harían falta 2⋅0,01875=0,0375 mol2\cdot 0{,}01875 = 0{,}0375\ \text{mol} de KI, y solo hay 0,0300{,}030: el KI es el limitante (sobran 0,01875−0,015=0,00375 mol0{,}01875 - 0{,}015 = 0{,}00375\ \text{mol} de H2O2\text{H}_2\text{O}_2). El HCl está en exceso.

Yodo obtenido. 2 mol de KI dan 1 mol de I2\text{I}_2, con M(I2)=2⋅126,9=253,8 g/molM(\text{I}_2) = 2\cdot 126{,}9 = 253{,}8\ \text{g/mol}:n(I2)=n(KI)2=0,0302=0,015 moln(\text{I}_2) = \frac{n(\text{KI})}{2} = \frac{0{,}030}{2} = 0{,}015\ \text{mol}m(I2)=0,015 mol⋅253,8 g/mol=3,81 gm(\text{I}_2) = 0{,}015\ \text{mol}\cdot 253{,}8\ \text{g/mol} = 3{,}81\ \text{g}
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Consejo

En el agua oxigenada el oxígeno tiene número de oxidación −1, no −2: por eso puede reducirse (a agua) o, frente a oxidantes fuertes, oxidarse (a O2\text{O}_2). Aquí, frente al yoduro, actúa como oxidante.

En b) dan dos disoluciones con volúmenes y concentraciones: calcula los moles de las dos y busca el limitante. Tomar sin más los moles de KI funciona aquí por casualidad, pero el corrector quiere ver la comparación.
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