QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2021 · Julio

Enunciado

Bloque C · C4. La reacción entre

\text{KMnO}_4

\text{HCl}

en disolución permite obtener

\text{Cl}_2

gaseoso, además de

\text{MnCl}_2

\text{KCl}

y agua:

\text{KMnO}_4 + \text{HCl} \longrightarrow \text{Cl}_2 + \text{MnCl}_2 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule la masa de

\text{KMnO}_4

que reacciona con

25

mL de una disolución de

\text{HCl}

del

30\ \%

de riqueza en masa cuya densidad es

1{,}15\ \text{g}\cdot\text{mL}^{-1}

.

Datos: masas atómicas

\text{Mn} = 55

;

\text{K} = 39

;

\text{Cl} = 35{,}5

;

\text{O} = 16

;

\text{H} = 1

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) iónica: } 2\,\text{MnO}_4^- + 10\,\text{Cl}^- + 16\,\text{H}^+ \to 2\,\text{Mn}^{2+} + 5\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\text{molecular: } 2\,\text{KMnO}_4 + 16\,\text{HCl} \to 5\,\text{Cl}_2 + 2\,\text{MnCl}_2 + 2\,\text{KCl} + 8\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } m(\text{KMnO}_4) = 4{,}67 \text{ g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los estados de oxidación marcan los papeles:

\text{K}\overset{+7}{\text{Mn}}\text{O}_4 \to \overset{+2}{\text{Mn}}\text{Cl}_2 \;\;(\text{gana } 5e^-) \qquad \text{H}\overset{-1}{\text{Cl}} \to \overset{0}{\text{Cl}}_2 \;\;(\text{pierde } 1e^- \text{ por cloro})

Ojo con un detalle crucial: el

\text{HCl}

juega dos papeles a la vez. Una parte se oxida a

\text{Cl}_2

(es el reductor) y otra parte permanece como

\text{Cl}^-

formando las sales y aportando los protones (es el medio ácido). Eso hace que su coeficiente final sea mucho mayor que el de la semirreacción.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de reducción (la clásica del permanganato en medio ácido):

\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 5e^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\,\text{H}_2\text{O}

Semirreacción de oxidación (hacen falta dos cloruros para formar una molécula de

\text{Cl}_2

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

Igualamos electrones. El mínimo común múltiplo de 5 y 2 es 10:

2\,\text{MnO}_4^- + 16\,\text{H}^+ + 10e^- \longrightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O}

10\,\text{Cl}^- \longrightarrow 5\,\text{Cl}_2 + 10e^-

\rule{10cm}{0.4pt}

Ecuación iónica:

\boxed{2\,\text{MnO}_4^- + 10\,\text{Cl}^- + 16\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 5\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}}

Ecuación molecular. Los

16\,\text{H}^+

proceden de

16\,\text{HCl}

, que aportan también

16

cloruros: diez se oxidan a

\text{Cl}_2

y los seis restantes acompañan a los cationes (

2\,\text{Mn}^{2+}

necesitan 4 y

2\,\text{K}^+

necesitan 2).

2\,\text{KMnO}_4 + 16\,\text{HCl} \longrightarrow 5\,\text{Cl}_2 + 2\,\text{MnCl}_2 + 2\,\text{KCl} + 8\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{K}

(

2=2

\text{Mn}

(

2=2

\text{H}

(

16=16

\text{O}

(

8=8

) y el cloro:

\text{izquierda: } 16 \qquad \text{derecha: } 10\,(\text{en } 5\,\text{Cl}_2) + 4\,(\text{en } 2\,\text{MnCl}_2) + 2\,(\text{en } 2\,\text{KCl}) = 16 \;\checkmark

b) Masa de $\text{KMnO}_4$ que reacciona.

Masa de la disolución de ácido:

m_{\text{dis}} = 25 \text{ mL} \cdot 1{,}15 \frac{\text{g}}{\text{mL}} = 28{,}75 \text{ g}

Masa de $\text{HCl}$ puro (riqueza del

30\ \%

m(\text{HCl}) = 28{,}75 \cdot 0{,}30 = 8{,}625 \text{ g}

Moles, con

M(\text{HCl}) = 36{,}5\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

n(\text{HCl}) = \frac{8{,}625}{36{,}5} = 0{,}2363 \text{ mol}

Moles de permanganato, con la relación estequiométrica

2\,\text{KMnO}_4 : 16\,\text{HCl}

, es decir,

1\!:\!8

n(\text{KMnO}_4) = \frac{0{,}2363}{8} = 2{,}954\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Masa, con

M(\text{KMnO}_4) = 39 + 55 + 4(16) = 158\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m = 2{,}954\cdot 10^{-2} \cdot 158

\boxed{m(\text{KMnO}_4) = 4{,}67 \text{ g}}

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

Consejo

El punto delicado del ajuste es el coeficiente del $\text{HCl}$ . En la semirreacción solo aparecen diez cloruros (los que se oxidan), pero la ecuación molecular necesita dieciséis moléculas de $\text{HCl}$ : seis de ellas no participan en la redox y actúan como iones espectadores.

Regla práctica: el coeficiente del ácido lo fijan los protones de la ecuación iónica ( $16$ ), no los cloruros de la semirreacción. Después comprueba el balance de cloro: $16 = \underbrace{10}_{\text{oxidados}} + \underbrace{6}_{\text{espectadores}}$ Y en b), la relación estequiométrica correcta es $1\!:\!8$ ( $2$ permanganatos por $16$ ácidos). Usar la de la semirreacción ( $2\!:\!10$ , es decir, $1\!:\!5$ ) daría $0{,}2363/5 \cdot 158 = 7{,}47$ g, un resultado erróneo: no todo el $\text{HCl}$ se oxida.

Esta reacción, por cierto, es un método habitual de obtención de cloro en el laboratorio (en la industria el cloro se obtiene por electrólisis).