QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2020 · Junio

Enunciado

Bloque C · C4. El dicloro es un gas muy utilizado en la industria química, por ejemplo como blanqueador de papel o para fabricar productos de limpieza. Se puede obtener según la reacción:

\text{MnO}_2 + \text{HCl} \longrightarrow \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule el volumen de una disolución de ácido clorhídrico

5\ \text{M}

y la masa de óxido de manganeso(IV) que se necesitan para obtener

42{,}6\ \text{g}

de dicloro gaseoso.

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{O} = 16

;

\text{Cl} = 35{,}5

;

\text{Mn} = 55

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{MnO}_2 + 4\,\text{HCl} \to \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{HCl}) = 480\ \text{mL};\qquad m(\text{MnO}_2) = 52{,}2\ \text{g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Empieza por los números de oxidación, que señalan quién se oxida y quién se reduce:

\text{Mn}: +4 \rightarrow +2 \;(\textbf{reducción}) \qquad\qquad \text{Cl}: -1 \rightarrow 0 \;(\textbf{oxidación})

El medio es ácido, así que las semirreacciones se ajustan con

\text{H}^+

\text{H}_2\text{O}

.

Y una advertencia importante para b): en la ecuación molecular no todo el HCl se oxida. De los 4 moles, 2 se convierten en

\text{Cl}_2

y los otros 2 quedan como

\text{Cl}^-

acompañando al

\text{Mn}^{2+}

en el

\text{MnCl}_2

. Al calcular el ácido necesario hay que usar el coeficiente molecular (4), no el iónico.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de reducción (el

\text{MnO}_2

es un sólido, se escribe entero):

\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 2\,\text{H}_2\text{O}

Semirreacción de oxidación:

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

Ambas intercambian 2 electrones, así que se suman directamente:

\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Cl}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad (\textbf{iónica})

Para la molecular, los

4\,\text{H}^+

y los

2\,\text{Cl}^-

proceden del

\text{HCl}

; hacen falta 4 HCl, y los 2 cloruros sobrantes forman el

\text{MnCl}_2

\text{MnO}_2 + 4\,\text{HCl} \longrightarrow \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad (\textbf{molecular})

Comprobación:

\text{Mn}

: 1 y 1;

\text{O}

: 2 y 2;

\text{H}

: 4 y 4;

\text{Cl}

: 4 y

2 + 2 = 4\ \checkmark

b) Cantidades necesarias.

Moles de dicloro, con

M(\text{Cl}_2) = 2 \cdot 35{,}5 = 71\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

n(\text{Cl}_2) = \frac{42{,}6}{71} = 0{,}6\ \text{mol}

Ácido clorhídrico, en relación

4:1

con el

\text{Cl}_2

según la ecuación molecular:

n(\text{HCl}) = 4 \cdot 0{,}6 = 2{,}4\ \text{mol}

V = \frac{n}{M} = \frac{2{,}4}{5} = \mathbf{0{,}48\ L = 480\ mL}

Dióxido de manganeso, en relación

1:1

, con

M(\text{MnO}_2) = 55 + 2 \cdot 16 = 87\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

n(\text{MnO}_2) = 0{,}6\ \text{mol} \qquad\Longrightarrow\qquad m = 0{,}6 \cdot 87 = \mathbf{52{,}2\ g}

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

Consejo

El $\text{HCl}$ de esta reacción hace dos papeles a la vez: parte actúa como reductor (se oxida a $\text{Cl}_2$ ) y parte como simple medio ácido y fuente de cloruros para la sal. Por eso el coeficiente molecular es 4 y no 2. Si en b) usas el 2 de la iónica, el volumen te sale la mitad.

El $\text{MnO}_2$ es insoluble: en la semirreacción se escribe la fórmula completa, no un ion $\text{Mn}^{4+}$ suelto. Lo mismo vale para el $\text{PbO}_2$ (y el $\text{H}_2\text{O}_2$ , que es molecular, también se escribe entero).

Termina siempre contando átomos y cargas a los dos lados de la ecuación ajustada: son diez segundos que aseguran el apartado a) entero y, con él, la base de todo el b).