QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2021 · Junio

Comunitat Valenciana · 2021 · Junio
Enunciado
El yodo molecular, I2\text{I}_2, se puede obtener a partir de la siguiente reacción (no ajustada):KIO3(ac)+KI(ac)+H2SO4(ac)⟶I2(ac)+K2SO4(ac)+H2O(l)\text{KIO}_3(ac) + \text{KI}(ac) + \text{H}_2\text{SO}_4(ac) \longrightarrow \text{I}_2(ac) + \text{K}_2\text{SO}_4(ac) + \text{H}_2\text{O}(l)a) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la reacción global ajustada. (1 punto)

b) Calcule la cantidad (en gramos) de KIO3\text{KIO}_3 que debe añadirse a una disolución que contiene un exceso de KI y H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4 para obtener 100 g de I2\text{I}_2 en la disolución acuosa resultante. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; O = 16,0; S = 32,1; K = 39,1; I = 126,9.
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Resultado
a) Reducción: 2 IO3−+12 H++10 e−→I2+6 H2O2\,\text{IO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^- \to \text{I}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}. Oxidación: 2 I−→I2+2 e−2\,\text{I}^- \to \text{I}_2 + 2\,e^-. Global: KIO3+5 KI+3 H2SO4→3 I2+3 K2SO4+3 H2O\text{KIO}_3 + 5\,\text{KI} + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \to 3\,\text{I}_2 + 3\,\text{K}_2\text{SO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{O}.

b) Hacen falta 28,1 g28{,}1\ \text{g} de KIO3\text{KIO}_3.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Es una reacción curiosa porque el mismo elemento, el yodo, hace de oxidante y de reductor: el yodo del yodato (IO3−\text{IO}_3^-, número de oxidación +5) baja a 0 y el del yoduro (I−\text{I}^-, −1) sube a 0. Los dos acaban en I2\text{I}_2.

Se ajusta por el método del ion-electrón en medio ácido (hay ácido sulfúrico): cada semirreacción por separado, se igualan los electrones, se suman y se pasa a la ecuación molecular con los iones espectadores (K+\text{K}^+ y SO42−\text{SO}_4^{2-}).

En b) la ecuación ajustada da la proporción entre el KIO3\text{KIO}_3 y el I2\text{I}_2; como el KI está en exceso, el yodato es el reactivo limitante.
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Desarrollo

a) Números de oxidación. En el KIO3\text{KIO}_3 el yodo tiene +5; en el KI, −1; en el I2\text{I}_2, 0. El IO3−\text{IO}_3^- se reduce (es el oxidante) y el I−\text{I}^- se oxida (es el reductor).

Semirreacción de reducción (medio ácido: el oxígeno se ajusta con agua y el hidrógeno con H+\text{H}^+):2 IO3−+12 H++10 e−⟶I2+6 H2O2\,\text{IO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^- \longrightarrow \text{I}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación2 I−⟶I2+2 e−2\,\text{I}^- \longrightarrow \text{I}_2 + 2\,e^-Igualar electrones y sumar. Multiplicando la oxidación por 5:2 IO3−+10 I−+12 H+⟶6 I2+6 H2O2\,\text{IO}_3^- + 10\,\text{I}^- + 12\,\text{H}^+ \longrightarrow 6\,\text{I}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}o, dividiendo entre 2, IO3−+5 I−+6 H+⟶3 I2+3 H2O\text{IO}_3^- + 5\,\text{I}^- + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow 3\,\text{I}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O}.

Ecuación molecular. Los 6 H+\text{H}^+ los aportan 3 H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4, y los 6 K+\text{K}^+ (1 del yodato y 5 del yoduro) acaban en 3 K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4:KIO3+5 KI+3 H2SO4⟶3 I2+3 K2SO4+3 H2O\text{KIO}_3 + 5\,\text{KI} + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 3\,\text{I}_2 + 3\,\text{K}_2\text{SO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K, 6 = 6; I, 6 = 6; S, 3 = 3; O, 3 + 12 = 15 = 12 + 3; H, 6 = 6.

b) Moles de yodo que se quieren obtener. Con M(I2)=2⋅126,9=253,8 g/molM(\text{I}_2) = 2\cdot 126{,}9 = 253{,}8\ \text{g/mol}:n(I2)=100 g253,8 g/mol=0,394 moln(\text{I}_2) = \frac{100\ \text{g}}{253{,}8\ \text{g/mol}} = 0{,}394\ \text{mol}Moles y masa de yodato. Por la ecuación, 1 mol de KIO3\text{KIO}_3 da 3 mol de I2\text{I}_2. Con M(KIO3)=39,1+126,9+3⋅16,0=214,0 g/molM(\text{KIO}_3) = 39{,}1 + 126{,}9 + 3\cdot 16{,}0 = 214{,}0\ \text{g/mol}:n(KIO3)=0,3943=0,1313 molm(KIO3)=0,1313 mol⋅214,0 g/mol=28,1 gn(\text{KIO}_3) = \frac{0{,}394}{3} = 0{,}1313\ \text{mol} \qquad m(\text{KIO}_3) = 0{,}1313\ \text{mol}\cdot 214{,}0\ \text{g/mol} = 28{,}1\ \text{g}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

El error típico es pensar que todo el I2\text{I}_2 viene del yodato: de cada 3 moléculas de I2\text{I}_2, solo uno de los seis átomos de yodo procede del KIO3\text{KIO}_3. Por eso la proporción es 1 : 3, no 1 : 1/2.

En a) el corrector quiere ver las dos semirreacciones con sus electrones y el paso a la ecuación molecular. Comprueba al final, átomo a átomo, que la ecuación está ajustada (también el oxígeno y la carga).
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