QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Julio

Comunitat Valenciana · 2020 · Julio
Enunciado
En presencia de ácido sulfúrico, H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4, el dióxido de manganeso, MnO2\text{MnO}_2, y el yoduro de potasio, KI, reaccionan de acuerdo con la reacción (no ajustada):MnO2(s)+KI(ac)+H2SO4(ac)⟶MnSO4(ac)+I2(s)+K2SO4(ac)+H2O(l)\text{MnO}_2(s) + \text{KI}(ac) + \text{H}_2\text{SO}_4(ac) \longrightarrow \text{MnSO}_4(ac) + \text{I}_2(s) + \text{K}_2\text{SO}_4(ac) + \text{H}_2\text{O}(l)a) Escriba la semirreacción de oxidación y la de reducción. Ajuste la reacción química en forma molecular. (1 punto)

b) Si se añaden 1,565 g de MnO2(s)\text{MnO}_2(s) a 250 mL de una disolución 0,1 M de KI, conteniendo un exceso de H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4, calcule la cantidad de yodo, I2\text{I}_2, obtenida (en gramos). (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H (1); O (16); S (32); K (39,1); Mn (54,9); I (126,9).
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Resultado
a) Reducción: MnO2+4 H++2e−→Mn2++2 H2O\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 2e^- \to \text{Mn}^{2+} + 2\,\text{H}_2\text{O}; oxidación: 2 I−→I2+2e−2\,\text{I}^- \to \text{I}_2 + 2e^-. Molecular: MnO2+2 KI+2 H2SO4→MnSO4+I2+K2SO4+2 H2O\text{MnO}_2 + 2\,\text{KI} + 2\,\text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{MnSO}_4 + \text{I}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{H}_2\text{O}.

b) El KI es el limitante: se obtienen 0,0125 mol, 3,17 g de I2\text{I}_2.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Primero se buscan los elementos que cambian de número de oxidación: el manganeso pasa de +4 en el MnO2\text{MnO}_2 a +2 en el MnSO4\text{MnSO}_4 (se reduce) y el yodo, de −1 en el KI a 0 en el I2\text{I}_2 (se oxida). Con el método del ion-electrón en medio ácido se ajustan las dos semirreacciones, se igualan los electrones y, al final, se añaden los iones espectadores (K+\text{K}^+ y SO42−\text{SO}_4^{2-}) para escribir la ecuación molecular.

En b) se dan cantidades de los dos reactivos: hay que ver cuál se acaba antes (el reactivo limitante), y es ese el que decide cuánto yodo se forma.
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Desarrollo

a) Números de oxidación. Mn: +4+4 en MnO2\text{MnO}_2 → +2+2 en Mn2+\text{Mn}^{2+} (reducción). I: −1-1 en I−\text{I}^- → 00 en I2\text{I}_2 (oxidación). El MnO2\text{MnO}_2 es el oxidante y el I−\text{I}^-, el reductor.

Semirreacción de reducción (medio ácido: se ajusta el O con agua y el H con H+\text{H}^+):MnO2+4 H++2 e−⟶Mn2++2 H2O\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 2\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:2 I−⟶I2+2 e−2\,\text{I}^- \longrightarrow \text{I}_2 + 2\,e^-Ecuación iónica. Las dos intercambian 2 electrones, así que se suman tal cual:MnO2+4 H++2 I−⟶Mn2++I2+2 H2O\text{MnO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 2\,\text{I}^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{I}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}Ecuación molecular. Los 2 I−\text{I}^- vienen de 2 KI y los 4 H+\text{H}^+, de 2 H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4; los dos sulfatos acaban en el MnSO4\text{MnSO}_4 y el K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4:MnO2(s)+2 KI(ac)+2 H2SO4(ac)⟶MnSO4(ac)+I2(s)+K2SO4(ac)+2 H2O(l)\text{MnO}_2(s) + 2\,\text{KI}(ac) + 2\,\text{H}_2\text{SO}_4(ac) \longrightarrow \text{MnSO}_4(ac) + \text{I}_2(s) + \text{K}_2\text{SO}_4(ac) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)Comprobación: Mn 1, K 2, I 2, S 2, H 4 y O 2+8=4+4+2=102 + 8 = 4 + 4 + 2 = 10 en los dos lados.

b) Moles de cada reactivo. M(MnO2)=54,9+2⋅16=86,9 g/molM(\text{MnO}_2) = 54{,}9 + 2\cdot 16 = 86{,}9\ \text{g/mol}:n(MnO2)=1,565 g86,9 g/mol=0,0180 moln(KI)=0,1 mol/L⋅0,250 L=0,0250 moln(\text{MnO}_2) = \frac{1{,}565\ \text{g}}{86{,}9\ \text{g/mol}} = 0{,}0180\ \text{mol} \qquad n(\text{KI}) = 0{,}1\ \text{mol/L}\cdot 0{,}250\ \text{L} = 0{,}0250\ \text{mol}Reactivo limitante. La proporción es 1 mol de MnO2\text{MnO}_2 por 2 de KI. Para gastar todo el MnO2\text{MnO}_2 harían falta 2⋅0,0180=0,03602\cdot 0{,}0180 = 0{,}0360 mol de KI, y solo hay 0,0250: el limitante es el KI (sobra MnO2\text{MnO}_2).

Yodo formado. Por cada 2 mol de KI se forma 1 mol de I2\text{I}_2:n(I2)=0,02502=0,0125 moln(\text{I}_2) = \frac{0{,}0250}{2} = 0{,}0125\ \text{mol}Con M(I2)=2⋅126,9=253,8 g/molM(\text{I}_2) = 2\cdot 126{,}9 = 253{,}8\ \text{g/mol}:m(I2)=0,0125 mol⋅253,8 g/mol=3,17 gm(\text{I}_2) = 0{,}0125\ \text{mol}\cdot 253{,}8\ \text{g/mol} = 3{,}17\ \text{g}
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Consejo

En b) el enunciado da cantidades de dos reactivos y no dice cuál está en exceso: es la señal de que hay un reactivo limitante. Si calculas el yodo a partir del MnO2\text{MnO}_2 obtienes 4,57 g, que no puede formarse porque no hay yoduro suficiente.

Al ajustar, escribe las dos semirreacciones por separado: el apartado a) las pide expresamente y puntúan aparte de la ecuación molecular.
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