QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2021 · Julio

Enunciado

Se hacen reaccionar dicromato de potasio y yoduro de potasio en presencia de ácido sulfúrico, dando lugar a sulfato de cromo (III), yodo y sulfato de potasio.

a) (0,75 puntos) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción e indique las especies oxidante y reductora.

b) (0,5 puntos) Ajuste la reacción iónica y molecular global por el método del ion-electrón.

c) (0,75 puntos) Determine el volumen de una disolución

0{,}25\ \text{M}

de dicromato de potasio que se necesita para obtener

5{,}0\ \text{g}

de yodo.

Dato. Masa atómica: I = 127.

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Resultado

a) Red.: $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6e^- \to 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$ ; ox.: $2\text{I}^- \to \text{I}_2 + 2e^-$ . Oxidante $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ; reductor KI.
b) $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\text{KI} + 7\text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{I}_2 + 4\text{K}_2\text{SO}_4 + 7\text{H}_2\text{O}$
c) $V \approx 26\ \text{mL}$

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Primero se formula todo y se asignan números de oxidación para ver quién cambia:

\underbrace{\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7}_{\text{Cr: }+6} + \underbrace{\text{KI}}_{\text{I: }-1} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \underbrace{\text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3}_{\text{Cr: }+3} + \underbrace{\text{I}_2}_{\text{I: }0} + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}

El cromo baja de

+6

+3

(se reduce) y el yodo sube de

-1

0

(se oxida). El medio es ácido, así que se ajusta con

\text{H}^+

\text{H}_2\text{O}

. Con la ecuación ajustada, la estequiometría de c) es directa: 1 mol de dicromato da 3 mol de yodo.

Desarrollo

a) Semirreacciones, oxidante y reductor

Se trabaja con las especies que cambian de número de oxidación, tal y como están en disolución: el ion dicromato

\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}

y el ion yoduro

\text{I}^-

.

Reducción (ajuste de Cr, luego O con agua, luego H con

\text{H}^+

, luego la carga con electrones):

\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\,\text{H}^+ + 6\,e^- \rightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 7\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación de cargas:

-2 + 14 - 6 = +6 = 2\cdot(+3)

.

Oxidación:

2\,\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2 + 2\,e^-

Oxidante: el ion dicromato, $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ (es decir, el $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ): gana electrones y se reduce.
Reductor: el ion yoduro, $\text{I}^-$ (es decir, el $\text{KI}$ ): cede electrones y se oxida.

b) Ecuación iónica y molecular

Para igualar los electrones, la oxidación se multiplica por 3 (

6\,e^-

en cada semirreacción) y se suman:

\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\,\text{H}^+ + 6\,e^- \rightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 7\,\text{H}_2\text{O}

6\,\text{I}^- \rightarrow 3\,\text{I}_2 + 6\,e^-

Ecuación iónica:

\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\,\text{I}^- + 14\,\text{H}^+ \rightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 3\,\text{I}_2 + 7\,\text{H}_2\text{O}

Ecuación molecular. Los

14\,\text{H}^+

los aporta el ácido sulfúrico (

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

); el dicromato y el yoduro entran como sales de potasio; los

2\,\text{Cr}^{3+}

forman

1\,\text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3

y los 8 iones

\text{K}^+

(

2 + 6

) forman

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

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\,\text{KI} + 7\,\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\,\text{I}_2 + 4\,\text{K}_2\text{SO}_4 + 7\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación: K,

2 + 6 = 8 = 4\cdot 2

; S,

7 = 3 + 4

; O,

7 + 28 = 35 = 12 + 16 + 7

; H,

14 = 14

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

c) Volumen de dicromato para obtener 5,0 g de yodo

Masa molar del yodo:

M(\text{I}_2) = 2\cdot 127 = 254\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

n(\text{I}_2) = \frac{5{,}0\ \text{g}}{254\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 1{,}97\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Según la ecuación ajustada,

1\ \text{mol de K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \rightarrow 3\ \text{mol de I}_2

n(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = \frac{1{,}97\cdot 10^{-2}}{3} = 6{,}56\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

Con la molaridad de la disolución:

V = \frac{n}{M} = \frac{6{,}56\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}25\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = 2{,}6\cdot 10^{-2}\ \text{L} = 26\ \text{mL}

Consejo

El oxidante es la especie que se reduce, y viceversa: no confundas «oxidante» con «se oxida».

En c) no redondees los moles intermedios a una cifra: con $0{,}020$ mol de $\text{I}_2$ en lugar de $0{,}0197$ el volumen sale $27$ mL; arrastra tres cifras y redondea solo el resultado final.