QuímicaMedioProblema · 2,5 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2022 · Junio

País Vasco · 2022 · Junio
Enunciado
Dada la reacción química:H2S(g)+KMnO4(s)+HCl(aq)⟶S(s)+MnCl2(aq)+KCl(aq)+H2O(l)\text{H}_2\text{S}(g) + \text{KMnO}_4(s) + \text{HCl}(aq) \longrightarrow \text{S}(s) + \text{MnCl}_2(aq) + \text{KCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)a) Ajustar la reacción empleando el método del ión-electrón. (1 punto)

b) Indicar razonadamente qué especie se oxida y qué especie se reduce. (0,5 puntos)

c) ¿Cuántos mL de KMnO4\text{KMnO}_4 0,1 M harán falta para reaccionar con 250 mL de H2S\text{H}_2\text{S} gaseoso medidos a 10 ∘C10\ ^\circ\text{C} y 1,2 atm? (1 punto)

Datos (de la tabla del examen): R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\text{}\cdot\text{mol}^{-1}.
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Resultado
a) 5 H2S+2 KMnO4+6 HCl⟶5 S+2 MnCl2+2 KCl+8 H2O5\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{KMnO}_4 + 6\,\text{HCl} \longrightarrow 5\,\text{S} + 2\,\text{MnCl}_2 + 2\,\text{KCl} + 8\,\text{H}_2\text{O} (iónica: 5 H2S+2 MnO4−+6 H+⟶5 S+2 Mn2++8 H2O5\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{MnO}_4^- + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow 5\,\text{S} + 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O}).

b) Se oxida el H2S\text{H}_2\text{S} (S: −2 → 0); se reduce el KMnO4\text{KMnO}_4 (Mn: +7 → +2).

c) Unos 52 mL de KMnO4\text{KMnO}_4 0,1 M.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Primero buscamos qué átomos cambian de número de oxidación: el manganeso del permanganato pasa de +7 a +2 y el azufre del sulfuro de hidrógeno de −2 a 0. Con eso escribimos las dos semirreacciones en forma iónica, las ajustamos en medio ácido (el HCl pone los H+\text{H}^+), igualamos los electrones y sumamos. Después pasamos a la ecuación molecular añadiendo los iones espectadores (K+\text{K}^+ y Cl−\text{Cl}^-).

Para c) los moles de H2S\text{H}_2\text{S} salen de la ecuación de los gases ideales, la ecuación ajustada da los moles de permanganato y la molaridad, el volumen.
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Desarrollo

a) Números de oxidación. En KMnO4\text{KMnO}_4 el Mn tiene +7 y en MnCl2\text{MnCl}_2, +2: gana 5 electrones. En H2S\text{H}_2\text{S} el S tiene −2 y en S, 0: pierde 2 electrones.

Semirreacción de reducción (medio ácido: se ajusta el O con agua y el H con H+\text{H}^+):MnO4−+8 H++5 e−⟶Mn2++4 H2O\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 5\,e^- \longrightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:H2S⟶S+2 H++2 e−\text{H}_2\text{S} \longrightarrow \text{S} + 2\,\text{H}^+ + 2\,e^-Igualar los electrones. Multiplicamos la reducción por 2 y la oxidación por 5 (10 electrones en cada una) y sumamos:2 MnO4−+16 H++5 H2S⟶2 Mn2++8 H2O+5 S+10 H+2\,\text{MnO}_4^- + 16\,\text{H}^+ + 5\,\text{H}_2\text{S} \longrightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O} + 5\,\text{S} + 10\,\text{H}^+Simplificando los H+\text{H}^+ (16−10=616 - 10 = 6), la ecuación iónica ajustada es:5 H2S+2 MnO4−+6 H+⟶5 S+2 Mn2++8 H2O5\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{MnO}_4^- + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow 5\,\text{S} + 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O}Ecuación molecular. Los 2 MnO4−\text{MnO}_4^- vienen de 2 KMnO4\text{KMnO}_4 y los 6 H+\text{H}^+, de 6 HCl. Los 2 K+\text{K}^+ acaban en 2 KCl y los 6 Cl−\text{Cl}^- se reparten entre 2 MnCl2\text{MnCl}_2 (4 Cl) y 2 KCl (2 Cl):5 H2S+2 KMnO4+6 HCl⟶5 S+2 MnCl2+2 KCl+8 H2O5\,\text{H}_2\text{S} + 2\,\text{KMnO}_4 + 6\,\text{HCl} \longrightarrow 5\,\text{S} + 2\,\text{MnCl}_2 + 2\,\text{KCl} + 8\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K 2 = 2; Mn 2 = 2; Cl 6 = 4 + 2; S 5 = 5; O 8 = 8; H 10+6=16=8⋅210 + 6 = 16 = 8\cdot 2.

b) Quién se oxida y quién se reduce.
  • Se oxida el H2S\text{H}_2\text{S} (es el reductor): su azufre pasa de −2 a 0, pierde electrones.
  • Se reduce el KMnO4\text{KMnO}_4 (el ion MnO4−\text{MnO}_4^-, que es el oxidante): su manganeso pasa de +7 a +2, gana electrones.
c) Moles de H2S\text{H}_2\text{S}. Con V=0,250V = 0{,}250 L, p=1,2p = 1{,}2 atm y T=10+273=283T = 10 + 273 = 283 K:n(H2S)=pVRT=1,2⋅0,2500,082⋅283=1,29⋅10−2 moln(\text{H}_2\text{S}) = \frac{pV}{RT} = \frac{1{,}2 \cdot 0{,}250}{0{,}082 \cdot 283} = 1{,}29\cdot 10^{-2}\ \text{mol}Moles de permanganato. Según la ecuación ajustada, 2 mol de KMnO4\text{KMnO}_4 reaccionan con 5 mol de H2S\text{H}_2\text{S}:n(KMnO4)=25⋅1,29⋅10−2=5,17⋅10−3 moln(\text{KMnO}_4) = \frac{2}{5}\cdot 1{,}29\cdot 10^{-2} = 5{,}17\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Volumen de disolución.V=nM=5,17⋅10−3 mol0,1 mol/L=5,17⋅10−2 L≈52 mLV = \frac{n}{M} = \frac{5{,}17\cdot 10^{-3}\ \text{mol}}{0{,}1\ \text{mol/L}} = 5{,}17\cdot 10^{-2}\ \text{L} \approx 52\ \text{mL}
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Consejo

El método del ion-electrón se hace con las especies iónicas que de verdad reaccionan (MnO4−\text{MnO}_4^-, no KMnO4\text{KMnO}_4) y se cierra con la ecuación molecular: cuenta átomo a átomo al final, sobre todo el K y el Cl, que no aparecen en la iónica. En c), pasa los mL de gas a litros y los °C a kelvin antes de usar pV=nRTpV = nRT.
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