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Problema resuelto de Química: Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2022 · Julio

Enunciado

El dicromato de potasio en disolución acuosa, acidificada con HCl, reacciona con el cloruro de hierro (II) según la siguiente ecuación:

\text{FeCl}_2(aq) + \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7(aq) + \text{HCl}(aq) \rightarrow \text{FeCl}_3(aq) + \text{CrCl}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)

En un recipiente adecuado se colocan 3,172 g de cloruro de hierro (II), 80 mL de dicromato de potasio 0,06 M y se añade HCl en cantidad suficiente para que tenga lugar la reacción.

a) Indicar cuál es la especie oxidante y cuál la especie reductora. (0,5 puntos)

b) Escribir las semirreacciones de oxidación y de reducción. (0,5 puntos)

c) Ajustar la ecuación por el método del ión-electrón. (0,5 puntos)

d) Calcular la masa en gramos de cloruro de hierro (III) que se obtendrá. (1 punto)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas: Cl = 35,5; Fe = 55,9.

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Resultado

a) Oxidante:

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7

(Cr: +6 → +3). Reductor:

\text{FeCl}_2

(Fe: +2 → +3).

b)

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

;

\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^-

.

c) Coeficientes 1 : 6 : 14 → 2 : 6 : 2 KCl : 7

\text{H}_2\text{O}

.

d) Limitante el

\text{FeCl}_2

: 4,06 g de

\text{FeCl}_3

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Primero, números de oxidación: el hierro pasa de +2 a +3 (se oxida) y el cromo de +6 en el dicromato a +3 (se reduce). Con eso se identifican oxidante y reductor y se escriben las semirreacciones en forma iónica, en medio ácido (se ajusta el O con

\text{H}_2\text{O}

y el H con

\text{H}^+

).

Después se igualan los electrones, se suman y se pasa a la ecuación molecular añadiendo los iones espectadores (

\text{K}^+

\text{Cl}^-

). Para la masa de

\text{FeCl}_3

hay que mirar antes quién es el reactivo limitante: nos dan cantidades de los dos reactivos.

Desarrollo

a) Números de oxidación

Hierro: +2 en $\text{FeCl}_2$ → +3 en $\text{FeCl}_3$ . Pierde electrones: se oxida.
Cromo: en $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ , $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow x = +6$ ; pasa a +3 en $\text{CrCl}_3$ . Gana electrones: se reduce.

Por tanto, el oxidante es el dicromato (

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

, el

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7

) y el reductor es el

\text{Fe}^{2+}

(el

\text{FeCl}_2

).

b) Semirreacciones (medio ácido)

Reducción: se ajustan el Cr, el O con agua, el H con

\text{H}^+

y la carga con electrones:

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

Oxidación:

\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^-

c) Ecuación iónica ajustada

Se multiplica la oxidación por 6 para que los electrones cedidos y ganados sean los mismos y se suman:

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

Ecuación molecular. Los

\text{H}^+

vienen del HCl, y se completan los iones

\text{K}^+

\text{Cl}^-

(los dos

\text{K}^+

del dicromato acaban como KCl):

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\,\text{FeCl}_2 + 14\,\text{HCl} \rightarrow 2\,\text{CrCl}_3 + 6\,\text{FeCl}_3 + 2\,\text{KCl} + 7\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación del cloro: a la izquierda

12 + 14 = 26

; a la derecha

6 + 18 + 2 = 26

.

d) Moles de cada reactivo

M(\text{FeCl}_2) = 55{,}9 + 2\cdot 35{,}5 = 126{,}9\ \text{g/mol} \qquad n(\text{FeCl}_2) = \frac{3{,}172\ \text{g}}{126{,}9\ \text{g/mol}} = 0{,}0250\ \text{mol}

n(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = c\cdot V = 0{,}06\ \text{mol/L}\cdot 0{,}080\ \text{L} = 4{,}8\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

Reactivo limitante. Por cada mol de dicromato se gastan 6 de

\text{FeCl}_2

. Para todo el dicromato harían falta

6\cdot 4{,}8\cdot 10^{-3} = 0{,}0288

mol de

\text{FeCl}_2

, y solo hay 0,0250 mol: el limitante es el $\text{FeCl}_2$ y sobra dicromato.

Masa de $\text{FeCl}_3$ . La estequiometría es 6 : 6, así que

n(\text{FeCl}_3) = n(\text{FeCl}_2) = 0{,}0250

mol:

M(\text{FeCl}_3) = 55{,}9 + 3\cdot 35{,}5 = 162{,}4\ \text{g/mol} \qquad m = 0{,}0250\ \text{mol}\cdot 162{,}4\ \text{g/mol} = 4{,}06\ \text{g}

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

Consejo

Cuando el enunciado da cantidades de dos reactivos, busca siempre el limitante antes de calcular productos: aquí, si partes del dicromato, sale una masa de $\text{FeCl}_3$ mayor que la posible. Y en la ecuación molecular no olvides el KCl: los iones potasio tienen que aparecer en los productos para que el ajuste de materia sea completo.

Paso 1 de 3

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