QuímicaMedio2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Castilla y León · 2023 · Julio
Enunciado
El dicromato de potasio (K2Cr2O7\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7), en presencia de ácido clorhídrico, oxida al estaño metálico generando cloruro de estaño (IV) (SnCl4\text{SnCl}_4) y cloruro de cromo (III) (CrCl3\text{CrCl}_3). Sabiendo que en la reacción se obtiene además cloruro de potasio y agua:

a) (1,2 puntos) Ajuste, por el método del ion-electrón, la ecuación molecular completa.

b) (0,8 puntos) Calcule la riqueza en estaño de una aleación, si 1,00 g1{,}00\ \text{g} de la misma, una vez disuelta en ácido clorhídrico, se hace reaccionar con una disolución de dicromato de potasio 0,1 M0{,}1\ \text{M}, gastándose 25 mL25\ \text{mL} de la misma.

Datos: masa atómica: Sn=118,71\text{Sn} = 118{,}71.
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Resultado
  2 K2Cr2O7+3 Sn+28 HCl→3 SnCl4+4 CrCl3+4 KCl+14 H2O  \boxed{\;2\,\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 3\,\text{Sn} + 28\,\text{HCl} \rightarrow 3\,\text{SnCl}_4 + 4\,\text{CrCl}_3 + 4\,\text{KCl} + 14\,\text{H}_2\text{O}\;}  Riqueza en Sn=44,5 %  \boxed{\;\text{Riqueza en Sn} = 44{,}5\ \%\;}
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Estrategia

Se asignan números de oxidación para ver quién se oxida (el Sn, de 0 a +4) y quién se reduce (el Cr, de +6 a +3). Se escriben las dos semirreacciones, se ajustan en medio ácido (con H2O\text{H}_2\text{O} y H+\text{H}^+), se igualan los electrones y se suman. Después se pasa a la ecuación molecular añadiendo los iones espectadores (K+\text{K}^+ y Cl−\text{Cl}^-). En b), la relación 3 Sn:2 K2Cr2O73\ \text{Sn} : 2\ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 de la ecuación ajustada da los moles de estaño a partir del dicromato gastado.
2

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrónK2Cr2O7+Sn+HCl⟶SnCl4+CrCl3+KCl+H2O\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{Sn} + \text{HCl} \longrightarrow \text{SnCl}_4 + \text{CrCl}_3 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}Números de oxidación: el Cr pasa de +6+6 (en el Cr2O72−\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}) a +3+3 (en el Cr3+\text{Cr}^{3+}): se reduce, y el dicromato es el oxidante. El Sn pasa de 00 a +4+4: se oxida, y el estaño es el reductor.

Semirreacción de reducción (medio ácido: se ajustan los O con agua y los H con H+\text{H}^+):Cr2O72−+14 H++6 e−⟶2 Cr3++7 H2O\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\,\text{H}^+ + 6\,\text{e}^- \longrightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 7\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:Sn⟶Sn4++4 e−\text{Sn} \longrightarrow \text{Sn}^{4+} + 4\,\text{e}^-Para igualar los electrones (mcm(6,4)=12\text{mcm}(6, 4) = 12) se multiplica la reducción por 2 y la oxidación por 3:2 Cr2O72−+28 H++12 e−⟶4 Cr3++14 H2O2\,\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 28\,\text{H}^+ + 12\,\text{e}^- \longrightarrow 4\,\text{Cr}^{3+} + 14\,\text{H}_2\text{O}3 Sn⟶3 Sn4++12 e−3\,\text{Sn} \longrightarrow 3\,\text{Sn}^{4+} + 12\,\text{e}^-Ecuación iónica ajustada:2 Cr2O72−+3 Sn+28 H+⟶4 Cr3++3 Sn4++14 H2O2\,\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 3\,\text{Sn} + 28\,\text{H}^+ \longrightarrow 4\,\text{Cr}^{3+} + 3\,\text{Sn}^{4+} + 14\,\text{H}_2\text{O}Ecuación molecular: los 2 Cr2O72−2\,\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} vienen de 2 K2Cr2O72\,\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 (que aportan 4 K+4\,\text{K}^+, que salen como 4 KCl4\,\text{KCl}) y los 28 H+28\,\text{H}^+, de 28 HCl28\,\text{HCl}. Los cloruros se reparten en 3 SnCl43\,\text{SnCl}_4, 4 CrCl34\,\text{CrCl}_3 y 4 KCl4\,\text{KCl} (12+12+4=2812 + 12 + 4 = 28):2 K2Cr2O7+3 Sn+28 HCl⟶3 SnCl4+4 CrCl3+4 KCl+14 H2O2\,\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 3\,\text{Sn} + 28\,\text{HCl} \longrightarrow 3\,\text{SnCl}_4 + 4\,\text{CrCl}_3 + 4\,\text{KCl} + 14\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K, 4=44 = 4; Cr, 4=44 = 4; O, 14=1414 = 14; Sn, 3=33 = 3; H, 28=2828 = 28; Cl, 28=2828 = 28.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Riqueza en estaño de la aleación

Moles de dicromato gastados:n(K2Cr2O7)=0,1 mol⋅L−1⋅0,025 L=2,5⋅10−3 moln(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = 0{,}1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot 0{,}025\ \text{L} = 2{,}5\cdot 10^{-3}\ \text{mol}Según la ecuación ajustada, 2 mol de dicromato reaccionan con 3 mol de Sn:n(Sn)=2,5⋅10−3 mol K2Cr2O7⋅3 mol Sn2 mol K2Cr2O7=3,75⋅10−3 moln(\text{Sn}) = 2{,}5\cdot 10^{-3}\ \text{mol}\ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\cdot\frac{3\ \text{mol Sn}}{2\ \text{mol}\ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7} = 3{,}75\cdot 10^{-3}\ \text{mol}m(Sn)=3,75⋅10−3 mol⋅118,71 g⋅mol−1=0,445 gm(\text{Sn}) = 3{,}75\cdot 10^{-3}\ \text{mol}\cdot 118{,}71\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 0{,}445\ \text{g}Riqueza=0,445 g1,00 g⋅100=44,5 %\text{Riqueza} = \frac{0{,}445\ \text{g}}{1{,}00\ \text{g}}\cdot 100 = 44{,}5\ \%
3

Consejo

Al pasar a la ecuación molecular, el HCl hace dos papeles: aporta los H+\text{H}^+ y también los cloruros de todos los productos. Cuenta los Cl al final; si no cuadran, revisa los coeficientes del HCl antes que los del redox.

En b) usa los coeficientes de la ecuación ajustada (2 : 3), no una relación 1 : 1.
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