QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2020 · Reserva 3

Enunciado

Bloque C · C4. La reducción del permanganato de potasio por el sulfito de sodio, en medio ácido sulfúrico, ocurre mediante la siguiente reacción:

\text{KMnO}_4 + \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{MnO}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule el volumen de disolución de

\text{KMnO}_4

de concentración

0{,}2\ \text{M}

que se necesita para que se oxiden

189\ \text{g}

\text{Na}_2\text{SO}_3

.

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{O} = 16

;

\text{S} = 32

;

\text{Na} = 23

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } 2\,\text{KMnO}_4 + 3\,\text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \to 2\,\text{MnO}_2 + 3\,\text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{KMnO}_4) = 5\ \text{L}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Empieza por los estados de oxidación de las especies que cambian:

\text{Mn}: +7 \;(\text{en } \text{MnO}_4^-) \rightarrow +4 \;(\text{en } \text{MnO}_2) \qquad \textbf{gana 3 } e^-

\text{S}: +4 \;(\text{en } \text{SO}_3^{2-}) \rightarrow +6 \;(\text{en } \text{SO}_4^{2-}) \qquad \textbf{pierde 2 } e^-

Como los electrones intercambiados son 3 y 2, el mínimo común múltiplo es 6: habrá que multiplicar por 2 y por 3 respectivamente, de donde salen los coeficientes

2

3

.

Un detalle que despista: el producto de manganeso es

\text{MnO}_2

, un sólido insoluble, no el

\text{Mn}^{2+}

habitual del medio fuertemente ácido. Se escribe con su fórmula completa en la semirreacción.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de reducción (medio ácido):

\text{MnO}_4^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^- \longrightarrow \text{MnO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Semirreacción de oxidación:

\text{SO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{SO}_4^{2-} + 2\,\text{H}^+ + 2\,e^-

Multiplicamos la primera por

2

y la segunda por

3

para igualar a

6\,e^-

2\,\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow 2\,\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}

3\,\text{SO}_3^{2-} + 3\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 3\,\text{SO}_4^{2-} + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^-

Sumando y simplificando las especies repetidas (

6\,\text{H}^+

3\,\text{H}_2\text{O}

a ambos lados):

2\,\text{MnO}_4^- + 3\,\text{SO}_3^{2-} + 2\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{MnO}_2 + 3\,\text{SO}_4^{2-} + \text{H}_2\text{O} \qquad (\textbf{iónica})

Comprobación de cargas: izquierda

(-2) + (-6) + (+2) = -6

; derecha

-6\ \checkmark

Ecuación molecular, devolviendo los contraiones (

\text{K}^+

\text{Na}^+

y el

\text{SO}_4^{2-}

del ácido):

2\,\text{KMnO}_4 + 3\,\text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 2\,\text{MnO}_2 + 3\,\text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{K}

: 2 y 2;

\text{Mn}

: 2 y 2;

\text{Na}

: 6 y 6;

\text{S}

3 + 1 = 4

3 + 1 = 4

;

\text{H}

: 2 y 2;

\text{O}

8 + 9 + 4 = 21

4 + 12 + 4 + 1 = 21\ \checkmark

b) Volumen de disolución de permanganato.

M(\text{Na}_2\text{SO}_3) = 2(23) + 32 + 3(16) = 126\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

n(\text{Na}_2\text{SO}_3) = \frac{189}{126} = 1{,}5\ \text{mol}

Relación estequiométrica

2\ \text{KMnO}_4 : 3\ \text{Na}_2\text{SO}_3

n(\text{KMnO}_4) = 1{,}5 \cdot \frac{2}{3} = 1{,}0\ \text{mol}

V = \frac{n}{M} = \frac{1{,}0}{0{,}2} = \mathbf{5\ L}

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

Consejo

El permanganato se reduce a productos distintos según el medio: a $\text{Mn}^{2+}$ (incoloro) en medio muy ácido, a $\text{MnO}_2$ (sólido pardo) en medio poco ácido o neutro y a $\text{MnO}_4^{2-}$ (verde) en medio básico. No supongas el producto: léelo en el enunciado, porque de él dependen los electrones intercambiados y todos los coeficientes.

Al sumar las semirreacciones, simplifica los $\text{H}^+$ y las $\text{H}_2\text{O}$ que aparezcan a los dos lados. Aquí quedan $8\,\text{H}^+$ a la izquierda y $6$ a la derecha: el resultado neto son $2\,\text{H}^+$ , que es lo que fija el coeficiente $1$ del $\text{H}_2\text{SO}_4$ .

Y comprueba siempre cargas y átomos en la iónica antes de pasar a la molecular: si la iónica está bien, la molecular es solo cuestión de repartir contraiones.