QuímicaDifícil2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2023 · Julio (coincidentes)
Enunciado
El cromato de potasio reacciona en presencia de ácido clorhídrico produciendo cloruro de cromo(III), cloruro de potasio y agua, y se desprende cloro.

a) (1 punto) Escriba ajustadas las semirreacciones de oxidación y reducción por el método de ion electrón, la reacción iónica y la molecular, e indique las especies oxidante y reductora.

b) (1 punto) Sabiendo que la reacción transcurre con un 65 %65\,\% de rendimiento, calcule la masa de cromato de potasio necesaria para obtener 120,0 g120{,}0\ \text{g} de cloruro de cromo(III).

Datos. Masas atómicas (u): O=16,0\text{O} = 16{,}0; Cl=35,5\text{Cl} = 35{,}5; K=39,1\text{K} = 39{,}1; Cr=52,0\text{Cr} = 52{,}0.
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Resultado
  • a) Reducción: CrO42−+8 H++3 e−→Cr3++4 H2O\text{CrO}_4^{2-} + 8\,\text{H}^+ + 3\,e^- \rightarrow \text{Cr}^{3+} + 4\,\text{H}_2\text{O}. Oxidación: 2 Cl−→Cl2+2 e−2\,\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-. Iónica: 2 CrO42−+16 H++6 Cl−→2 Cr3++3 Cl2+8 H2O2\,\text{CrO}_4^{2-} + 16\,\text{H}^+ + 6\,\text{Cl}^- \rightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 3\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}. Molecular: 2 K2CrO4+16 HCl→2 CrCl3+4 KCl+3 Cl2+8 H2O2\,\text{K}_2\text{CrO}_4 + 16\,\text{HCl} \rightarrow 2\,\text{CrCl}_3 + 4\,\text{KCl} + 3\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}. Oxidante: CrO42−\text{CrO}_4^{2-}; reductor: Cl−\text{Cl}^-.
  • b) 226,2 g226{,}2\ \text{g} de K2CrO4\text{K}_2\text{CrO}_4.
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Estrategia

La reacción es K2CrO4+HCl→CrCl3+KCl+Cl2+H2O\text{K}_2\text{CrO}_4 + \text{HCl} \rightarrow \text{CrCl}_3 + \text{KCl} + \text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O}. Con los números de oxidación se ve qué cambia: el cromo pasa de +6+6 (en el cromato) a +3+3, y el cloro de −1-1 a 00 (solo el que sale como Cl2\text{Cl}_2). Se ajusta en medio ácido con H2O\text{H}_2\text{O} y H+\text{H}^+, se igualan los electrones y se pasa a la ecuación molecular.

Para b), la estequiometría da la masa teórica de cromato; como el rendimiento es del 65 %65\,\%, hace falta más reactivo: se divide entre 0,650{,}65.
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Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación: Cr\text{Cr}: +6+6 en CrO42−\text{CrO}_4^{2-} → +3+3 en Cr3+\text{Cr}^{3+} (se reduce); Cl\text{Cl}: −1-1 en Cl−\text{Cl}^- → 00 en Cl2\text{Cl}_2 (se oxida).

Semirreacción de reducción:CrO42−+8 H++3 e−⟶Cr3++4 H2O\text{CrO}_4^{2-} + 8\,\text{H}^+ + 3\,e^- \longrightarrow \text{Cr}^{3+} + 4\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:2 Cl−⟶Cl2+2 e−2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-Para igualar los electrones (6), la reducción se multiplica por 2 y la oxidación por 3. Reacción iónica:2 CrO42−+16 H++6 Cl−⟶2 Cr3++3 Cl2+8 H2O2\,\text{CrO}_4^{2-} + 16\,\text{H}^+ + 6\,\text{Cl}^- \longrightarrow 2\,\text{Cr}^{3+} + 3\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}Reacción molecular: los 16 H+16\,\text{H}^+ vienen de 16 HCl16\,\text{HCl}, que aportan los 6 Cl−6\,\text{Cl}^- que se oxidan y otros 1010 que quedan como contraiones (66 en el CrCl3\text{CrCl}_3 y 44 en el KCl\text{KCl}, con los 4 K+4\,\text{K}^+ del cromato):2 K2CrO4+16 HCl⟶2 CrCl3+4 KCl+3 Cl2+8 H2O2\,\text{K}_2\text{CrO}_4 + 16\,\text{HCl} \longrightarrow 2\,\text{CrCl}_3 + 4\,\text{KCl} + 3\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K 4=44 = 4; Cr 2=22 = 2; O 8=88 = 8; H 16=1616 = 16; Cl 16=6+4+616 = 6 + 4 + 6.
  • Oxidante: el ion cromato, CrO42−\text{CrO}_4^{2-} (K2CrO4\text{K}_2\text{CrO}_4), que se reduce.
  • Reductor: el ion cloruro, Cl−\text{Cl}^- (HCl\text{HCl}), que se oxida.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Masa de cromato de potasio.

Masas molares:M(CrCl3)=52,0+3⋅35,5=158,5 g⋅mol−1M(K2CrO4)=2⋅39,1+52,0+4⋅16,0=194,2 g⋅mol−1M(\text{CrCl}_3) = 52{,}0 + 3\cdot 35{,}5 = 158{,}5\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad M(\text{K}_2\text{CrO}_4) = 2\cdot 39{,}1 + 52{,}0 + 4\cdot 16{,}0 = 194{,}2\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}Moles de producto que se quieren obtener:n(CrCl3)=120,0158,5=0,7571 moln(\text{CrCl}_3) = \frac{120{,}0}{158{,}5} = 0{,}7571\ \text{mol}La estequiometría es 2 K2CrO4:2 CrCl32\,\text{K}_2\text{CrO}_4 : 2\,\text{CrCl}_3, es decir, 1:11:1. Con rendimiento del 100 %100\,\% harían falta 0,7571 mol0{,}7571\ \text{mol} de cromato; con el 65 %65\,\%:n(K2CrO4)=0,75710,65=1,165 moln(\text{K}_2\text{CrO}_4) = \frac{0{,}7571}{0{,}65} = 1{,}165\ \text{mol}m(K2CrO4)=1,165 mol⋅194,2 g⋅mol−1=226,2 gm(\text{K}_2\text{CrO}_4) = 1{,}165\ \text{mol}\cdot 194{,}2\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 226{,}2\ \text{g}
3

Consejo

Al pasar a la molecular, no todo el HCl\text{HCl} se oxida: de los 16 HCl16\,\text{HCl}, solo 66 dan Cl2\text{Cl}_2; los demás acaban en el CrCl3\text{CrCl}_3 y el KCl\text{KCl}. Cuenta el cloro al final para comprobarlo.

Con un rendimiento menor del 100 %100\,\%, la cantidad de reactivo necesaria aumenta: se divide entre el rendimiento, no se multiplica.
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