QuímicaDifícilProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2021 · Reserva 1

Enunciado

Bloque C · C4. El dióxido de manganeso reacciona con clorato de potasio, en medio básico de hidróxido de potasio, para dar permanganato de potasio, cloruro de potasio y agua:

\text{MnO}_2 + \text{KClO}_3 + \text{KOH} \longrightarrow \text{KMnO}_4 + \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 clorato de potasio (

\text{KClO}_3

) que reacciona con

25

g de una muestra que tiene una riqueza en

\text{MnO}_2

del

60\ \%

.

Datos: masas atómicas

\text{O} = 16

;

\text{Cl} = 35{,}5

;

\text{K} = 39

;

\text{Mn} = 55

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) iónica: } 2\,\text{MnO}_2 + \text{ClO}_3^- + 2\,\text{OH}^- \to 2\,\text{MnO}_4^- + \text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\text{molecular: } 2\,\text{MnO}_2 + \text{KClO}_3 + 2\,\text{KOH} \to 2\,\text{KMnO}_4 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } m(\text{KClO}_3) = 10{,}6 \text{ g}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El medio básico cambia la forma de ajustar los oxígenos:

Por cada oxígeno que falte, añade $2\,\text{OH}^-$ en ese lado y $1\,\text{H}_2\text{O}$ en el contrario.

Estados de oxidación:

\overset{+4}{\text{Mn}}\text{O}_2 \to \overset{+7}{\text{Mn}}\text{O}_4^- \;\;(\text{pierde } 3e^-) \qquad \overset{+5}{\text{Cl}}\text{O}_3^- \to \overset{-1}{\text{Cl}}^- \;\;(\text{gana } 6e^-)

En b), dos precauciones: aplicar la riqueza del $60\ \%$ antes de calcular moles, y usar la relación

2\!:\!1

en el sentido correcto (el

\text{MnO}_2

es el dato).

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación. Al

\text{MnO}_2

le faltan dos oxígenos para llegar a

\text{MnO}_4^-

: añadimos

4\,\text{OH}^-

a la izquierda y

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

a la derecha.

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

Comprobación de carga: izquierda

-4

; derecha

-1 - 3 = -4

. ✓

Semirreacción de reducción. Al

\text{ClO}_3^-

le sobran tres oxígenos: añadimos

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

a la izquierda y

6\,\text{OH}^-

a la derecha.

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

Comprobación de carga: izquierda

-1 - 6 = -7

; derecha

-1 - 6 = -7

. ✓

Igualamos electrones multiplicando la oxidación por 2:

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

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

\rule{10cm}{0.4pt}

Sumamos y simplificamos (

8 - 6 = 2

hidroxilos a la izquierda;

4 - 3 = 1

agua a la derecha):

\boxed{2\,\text{MnO}_2 + \text{ClO}_3^- + 2\,\text{OH}^- \longrightarrow 2\,\text{MnO}_4^- + \text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O}}

Ecuación molecular. Los

2\,\text{OH}^-

proceden de

2\,\text{KOH}

y el

\text{ClO}_3^-

1\,\text{KClO}_3

: en total, 3 potasios, que se reparten entre

2\,\text{KMnO}_4

1\,\text{KCl}

2\,\text{MnO}_2 + \text{KClO}_3 + 2\,\text{KOH} \longrightarrow 2\,\text{KMnO}_4 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{Mn}

(

2=2

\text{Cl}

(

1=1

\text{K}

(

1+2 = 2+1

\text{H}

(

2=2

\text{O}

(

4+3+2 = 8+1 = 9

). ✓

b) Masa de $\text{KClO}_3$ que reacciona.

Masa de $\text{MnO}_2$ puro en la muestra:

m(\text{MnO}_2) = 25 \text{ g} \cdot 0{,}60 = 15{,}0 \text{ g}

Moles, con

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

n(\text{MnO}_2) = \frac{15{,}0}{87} = 0{,}1724 \text{ mol}

Moles de clorato, con la relación estequiométrica

2\,\text{MnO}_2 : 1\,\text{KClO}_3

n(\text{KClO}_3) = \frac{0{,}1724}{2} = 8{,}62\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Masa, con

M(\text{KClO}_3) = 39 + 35{,}5 + 3(16) = 122{,}5\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m = 8{,}62\cdot 10^{-2} \cdot 122{,}5

\boxed{m(\text{KClO}_3) = 10{,}6 \text{ g}}

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

Consejo

El ajuste en medio básico se practica poco y por eso se falla mucho. La regla mecánica:
Falta Añade
1 oxígeno en un lado $2\,\text{OH}^-$ en ese lado, $1\,\text{H}_2\text{O}$ en el otro
1 hidrógeno $1\,\text{H}_2\text{O}$ en ese lado, $1\,\text{OH}^-$ en el otro
Y verifica siempre la carga de cada semirreacción antes de sumarlas: detecta la inmensa mayoría de los errores.

En b), ojo con el sentido de la relación estequiométrica. Los coeficientes son $2\,\text{MnO}_2 : 1\,\text{KClO}_3$ , así que hay que dividir entre 2, no multiplicar. Multiplicar daría $42{,}2$ g, cuatro veces el valor correcto.

Falta	Añade
1 oxígeno en un lado	$2\,\text{OH}^-$ en ese lado, $1\,\text{H}_2\text{O}$ en el otro
1 hidrógeno	$1\,\text{H}_2\text{O}$ en ese lado, $1\,\text{OH}^-$ en el otro