QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2021 · Junio

Enunciado

Bloque C · C4. Una muestra de

3{,}25

g de nitrito de potasio impuro, disuelta en agua acidificada con ácido sulfúrico, se hace reaccionar con permanganato de potasio:

\text{KNO}_2 + \text{KMnO}_4 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{KNO}_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{MnSO}_4 + \text{H}_2\text{O}

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

b) Calcule la riqueza en

\text{KNO}_2

de la muestra inicial si se han consumido

50

mL de

\text{KMnO}_4

0{,}2

M.

Datos: masas atómicas

\text{K} = 39

;

\text{O} = 16

;

\text{N} = 14

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) iónica: } 5\,\text{NO}_2^- + 2\,\text{MnO}_4^- + 6\,\text{H}^+ \to 5\,\text{NO}_3^- + 2\,\text{Mn}^{2+} + 3\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\text{molecular: } 5\,\text{KNO}_2 + 2\,\text{KMnO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \to 5\,\text{KNO}_3 + 2\,\text{MnSO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) riqueza} = 65{,}4\ \%\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los estados de oxidación marcan el camino:

\text{K}\overset{+3}{\text{N}}\text{O}_2 \to \text{K}\overset{+5}{\text{N}}\text{O}_3 \;(\text{pierde } 2e^-) \qquad \text{K}\overset{+7}{\text{Mn}}\text{O}_4 \to \overset{+2}{\text{Mn}}\text{SO}_4 \;(\text{gana } 5e^-)

El nitrito se oxida y el permanganato se reduce. La semirreacción del

\text{MnO}_4^-

en medio ácido conviene tenerla memorizada, porque aparece en casi todos los exámenes.

En b), la relación

5\!:\!2

que sale del ajuste lo resuelve todo.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Semirreacción de oxidación. El nitrito necesita un oxígeno más, que aporta el agua:

\text{NO}_2^- + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{NO}_3^- + 2\,\text{H}^+ + 2e^-

Comprobación de carga: izquierda

-1

; derecha

-1 + 2 - 2 = -1

. ✓

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}

Comprobación de carga: izquierda

-1 + 8 - 5 = +2

; derecha

+2

. ✓

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

5\,\text{NO}_2^- + 5\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 5\,\text{NO}_3^- + 10\,\text{H}^+ + 10e^-

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

\rule{10cm}{0.4pt}

Sumamos y simplificamos (

16 - 10 = 6

protones a la izquierda;

8 - 5 = 3

aguas a la derecha):

\boxed{5\,\text{NO}_2^- + 2\,\text{MnO}_4^- + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow 5\,\text{NO}_3^- + 2\,\text{Mn}^{2+} + 3\,\text{H}_2\text{O}}

Ecuación molecular. Los

6\,\text{H}^+

proceden de

3\,\text{H}_2\text{SO}_4

, que aportan tres sulfatos: dos van a los

\text{MnSO}_4

y uno al

\text{K}_2\text{SO}_4

5\,\text{KNO}_2 + 2\,\text{KMnO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 5\,\text{KNO}_3 + 2\,\text{MnSO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación:

\text{K}

(

5+2 = 5+2

\text{N}

(

5=5

\text{Mn}

(

2=2

\text{S}

(

3 = 2+1

\text{H}

(

6=6

\text{O}

(

10+8+12 = 15+8+4+3 = 30

). ✓

b) Riqueza en $\text{KNO}_2$ de la muestra.

Moles de permanganato consumidos:

n(\text{KMnO}_4) = M\cdot V = 0{,}2 \cdot 0{,}050 = 1{,}0\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Moles de nitrito, con la relación estequiométrica

5\,\text{KNO}_2 : 2\,\text{KMnO}_4

n(\text{KNO}_2) = \frac{5}{2}\cdot 1{,}0\cdot 10^{-2} = 2{,}5\cdot 10^{-2} \text{ mol}

Masa de nitrito puro, con

M(\text{KNO}_2) = 39 + 14 + 2(16) = 85\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m(\text{KNO}_2) = 2{,}5\cdot 10^{-2} \cdot 85 = 2{,}125 \text{ g}

Riqueza:

\text{riqueza} = \frac{2{,}125}{3{,}25}\cdot 100

\boxed{\text{Riqueza} = 65{,}4\ \%\ \text{en } \text{KNO}_2}

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

Consejo

La semirreacción del permanganato en medio ácido merece memorizarse tal cual, porque aparece constantemente: $\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 5e^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\,\text{H}_2\text{O}$ Es fácil de recordar por el cambio de color: el violeta intenso del $\text{MnO}_4^-$ desaparece al formarse el $\text{Mn}^{2+}$ , prácticamente incoloro. Por eso el permanganato se usa como autoindicador en las valoraciones: el punto final es la primera gota que deja la disolución rosa.

Y en la ecuación molecular, cuenta los sulfatos por los cationes de la derecha ( $2\,\text{Mn}^{2+}$ y $2\,\text{K}^+$ sobrantes $\Rightarrow$ 3 sulfatos) y comprueba que coincide con los protones divididos entre dos ( $6/2 = 3$ ).