QuímicaMedioProblema · 3 pts

Ajuste redox y estequiometría

Castilla-La Mancha · 2020 · Julio

Enunciado

Para la siguiente reacción:

\text{KClO}_3 + \text{SbCl}_3 + \text{HCl} \longrightarrow \text{SbCl}_5 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}

a) (0,5 p) Nombrar todos los reactivos y productos, identificando razonadamente el oxidante y el reductor.

b) (1 p) Utilizando el método del ion electrón escribir y ajustar las semirreacciones de oxidación y reducción.

c) (1 p) Ajustar las ecuaciones iónica y molecular.

d) (0,5 p) Calcular cuántos gramos de

\text{KClO}_3

se necesitan para obtener

200\,\text{g}

\text{SbCl}_5

, si el rendimiento del proceso es del 70 %.

Datos: Masas atómicas

\text{Sb} = 121{,}8

;

\text{Cl} = 35{,}5

;

\text{O} = 16{,}0

;

\text{K} = 39{,}1

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\text{Oxidante: KClO}_3\ (\text{Cl}: +5 \to -1);\ \text{reductor: SbCl}_3\ (\text{Sb}: +3 \to +5)}

\boxed{\text{KClO}_3 + 3\,\text{SbCl}_3 + 6\,\text{HCl} \longrightarrow 3\,\text{SbCl}_5 + \text{KCl} + 3\,\text{H}_2\text{O}}

\boxed{m(\text{KClO}_3) = 39{,}0\,\text{g}}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Asignamos números de oxidación para ver quién cambia: el cloro del clorato pasa de

+5

-1

(se reduce) y el antimonio pasa de

+3

+5

(se oxida). Ojo: hay cloro en casi todas las sustancias, pero solo cambia el del

\text{ClO}_3^-

; el del

\text{SbCl}_3

, el

\text{HCl}

y el

\text{SbCl}_5

sigue como cloruro (

-1

).

Ajustamos cada semirreacción en medio ácido (el

\text{HCl}

aporta los

\text{H}^+

), igualamos electrones y sumamos para la ecuación iónica. Para pasar a la molecular devolvemos los iones espectadores (

\text{K}^+

\text{Cl}^-

) y comprobamos el cloro, que es el elemento más traicionero.

Con la ecuación ajustada, la estequiometría: los 200 g de

\text{SbCl}_5

son lo que se obtiene; con un rendimiento del 70 % hay que hacer la reacción para una cantidad teórica mayor,

n_{\text{real}}/0{,}70

Desarrollo

a) Nombres, oxidante y reductor.

Sustancia	Nombre
$\text{KClO}_3$	clorato de potasio (trioxidoclorato de potasio)
$\text{SbCl}_3$	tricloruro de antimonio o cloruro de antimonio(III)
$\text{HCl}$	cloruro de hidrógeno (en disolución, ácido clorhídrico)
$\text{SbCl}_5$	pentacloruro de antimonio o cloruro de antimonio(V)
$\text{KCl}$	cloruro de potasio
$\text{H}_2\text{O}$	agua (oxidano)

Números de oxidación de los elementos que cambian:

\overset{+5}{\text{Cl}}\text{O}_3^- \longrightarrow \overset{-1}{\text{Cl}}{}^- \qquad\qquad \overset{+3}{\text{Sb}}\text{Cl}_3 \longrightarrow \overset{+5}{\text{Sb}}\text{Cl}_5

El cloro del clorato gana 6 electrones y baja de $+5$ a $-1$ : se reduce. El oxidante es el $\text{KClO}_3$ (el ion $\text{ClO}_3^-$ ).
El antimonio pierde 2 electrones y sube de $+3$ a $+5$ : se oxida. El reductor es el $\text{SbCl}_3$ (el ion $\text{Sb}^{3+}$ ).

b) Semirreacciones (medio ácido).

Reducción. Se ajusta el oxígeno con agua, el hidrógeno con

\text{H}^+

y la carga con electrones:

\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}

(carga:

-1 + 6 - 6 = -1

a la izquierda y

-1

a la derecha).

Oxidación:

\text{Sb}^{3+} \longrightarrow \text{Sb}^{5+} + 2\,e^-

c) Ecuación iónica y molecular.

Para igualar los electrones intercambiados, multiplicamos la oxidación por 3:

\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}^+ + 6\,e^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{H}_2\text{O}

3\,\text{Sb}^{3+} \longrightarrow 3\,\text{Sb}^{5+} + 6\,e^-

Sumando:

\text{ClO}_3^- + 3\,\text{Sb}^{3+} + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow \text{Cl}^- + 3\,\text{Sb}^{5+} + 3\,\text{H}_2\text{O}

Para la molecular, el

\text{ClO}_3^-

viene del

\text{KClO}_3

, el

\text{Sb}^{3+}

del

\text{SbCl}_3

y los

\text{H}^+

del

\text{HCl}

; los coeficientes de la iónica pasan tal cual:

\text{KClO}_3 + 3\,\text{SbCl}_3 + 6\,\text{HCl} \longrightarrow 3\,\text{SbCl}_5 + \text{KCl} + 3\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación átomo a átomo:

Elemento	Reactivos	Productos
K	1	1
Cl	$1 + 9 + 6 = 16$	$15 + 1 = 16$
O	3	3
Sb	3	3
H	6	6

d) Masa de $\text{KClO}_3$ con un rendimiento del 70 %.

Masas molares:

M(\text{SbCl}_5) = 121{,}8 + 5 \cdot 35{,}5 = 299{,}3\,\text{g}\,\text{mol}^{-1} \qquad M(\text{KClO}_3) = 39{,}1 + 35{,}5 + 3 \cdot 16{,}0 = 122{,}6\,\text{g}\,\text{mol}^{-1}

Moles de

\text{SbCl}_5

que se quieren obtener:

n(\text{SbCl}_5)_{\text{real}} = \frac{200}{299{,}3} = 0{,}668\,\text{mol}

Como solo se aprovecha el 70 %, hay que plantear la reacción para obtener teóricamente:

n(\text{SbCl}_5)_{\text{teórico}} = \frac{0{,}668}{0{,}70} = 0{,}955\,\text{mol}

Según la ecuación ajustada,

1\,\text{mol}

\text{KClO}_3

3\,\text{mol}

\text{SbCl}_5

n(\text{KClO}_3) = \frac{0{,}955}{3} = 0{,}318\,\text{mol} \qquad m(\text{KClO}_3) = 0{,}318 \cdot 122{,}6 = 39{,}0\,\text{g}

Consejo

En las reacciones con mucho cloro, no te líes: solo cambia de número de oxidación el cloro del clorato. Los cloruros del $\text{SbCl}_3$ , del $\text{HCl}$ y del $\text{SbCl}_5$ están en $-1$ antes y después.

Con el rendimiento, piensa en qué sentido corriges: para obtener 200 g reales necesitas más reactivo que el teórico, así que se divide entre 0,70, no se multiplica.

Paso 1 de 3

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