QuímicaDifícilProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2024 · Julio

Enunciado

Bloque C · C4. El clorato de potasio reacciona con hidróxido de cromo(III) en medio básico:

\text{KClO}_3 + \text{Cr(OH)}_3 + \text{KOH} \longrightarrow \text{KCl} + \text{K}_2\text{CrO}_4

a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ion-electrón.

b) ¿Cuántos gramos de

\text{Cr(OH)}_3

del

90\ \%

de riqueza se necesitan para reaccionar completamente con

50\ \text{mL}

de una disolución de

\text{KClO}_3

0{,}55\ \text{M}

?

Masas atómicas relativas:

\text{Cr} = 52

;

\text{O} = 16

;

\text{H} = 1

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Iónica: } \text{ClO}_3^- + 2\text{Cr(OH)}_3 + 4\text{OH}^- \rightarrow \text{Cl}^- + 2\text{CrO}_4^{2-} + 5\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{Molecular: } \text{KClO}_3 + 2\,\text{Cr(OH)}_3 + 4\,\text{KOH} \rightarrow \text{KCl} + 2\,\text{K}_2\text{CrO}_4 + 5\,\text{H}_2\text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } m = 6{,}29\ \text{g de } \text{Cr(OH)}_3 \text{ del } 90\ \%\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Ojo: esta reacción transcurre en medio básico, no ácido. Cambia el procedimiento de ajuste de las semirreacciones:

\text{Medio ácido: se ajusta con } \text{H}_2\text{O} \text{ y } \text{H}^+ \qquad\qquad \textbf{Medio básico: con } \text{H}_2\text{O} \text{ y } \text{OH}^-

La receta más cómoda en medio básico: ajusta el oxígeno añadiendo $\text{H}_2\text{O}$ al lado que le falte y compensa el hidrógeno con $\text{OH}^-$ , comprobando siempre las cargas al final.

En b), la relación estequiométrica sale de la ecuación ajustada, y al final hay que dividir por la riqueza porque el reactivo no es puro.

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón (medio básico).

Números de oxidación:

\text{Cl}: +5\ (\text{en ClO}_3^-) \longrightarrow -1\ (\text{en Cl}^-) \qquad \textbf{se reduce (6 } e^-)

\text{Cr}: +3\ (\text{en Cr(OH)}_3) \longrightarrow +6\ (\text{en CrO}_4^{2-}) \qquad \textbf{se oxida (3 } e^-)

Semirreacciones en medio básico:

\text{Reducción:}\quad \text{ClO}_3^- + 3\,\text{H}_2\text{O} + 6e^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 6\,\text{OH}^-

\text{Oxidación:}\quad \text{Cr(OH)}_3 + 5\,\text{OH}^- \longrightarrow \text{CrO}_4^{2-} + 4\,\text{H}_2\text{O} + 3e^- \qquad (\times 2)

Igualando a 6 electrones y sumando:

\text{ClO}_3^- + 3\text{H}_2\text{O} + 2\,\text{Cr(OH)}_3 + 10\,\text{OH}^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 6\,\text{OH}^- + 2\,\text{CrO}_4^{2-} + 8\,\text{H}_2\text{O}

Simplificando lo que se repite a los dos lados (

6\ \text{OH}^-

3\ \text{H}_2\text{O}

), la ecuación iónica queda:

\text{ClO}_3^- + 2\,\text{Cr(OH)}_3 + 4\,\text{OH}^- \longrightarrow \text{Cl}^- + 2\,\text{CrO}_4^{2-} + 5\,\text{H}_2\text{O}

Comprobación de cargas: izquierda

-1 - 4 = -5

; derecha

-1 - 4 = -5

✓.

Para la molecular, se devuelven los potasios (1 del clorato y 4 del

\text{KOH}

, que reaparecen como 1 en el

\text{KCl}

y 4 en los dos cromatos):

\boxed{\;\text{KClO}_3 + 2\,\text{Cr(OH)}_3 + 4\,\text{KOH} \longrightarrow \text{KCl} + 2\,\text{K}_2\text{CrO}_4 + 5\,\text{H}_2\text{O}\;}

Comprobación del potasio: izquierda

1 + 4 = 5

; derecha

1 + 4 = 5

✓.

b) Masa de $\text{Cr(OH)}_3$ comercial.

Moles de clorato:

n_{\text{KClO}_3} = 0{,}55\cdot 0{,}050 = 2{,}75\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Estequiometría (1 : 2 según la ecuación ajustada):

n_{\text{Cr(OH)}_3} = 2\cdot 2{,}75\cdot 10^{-2} = 5{,}50\cdot 10^{-2}\ \text{mol}

Masa pura, con

M(\text{Cr(OH)}_3) = 52 + 3(16 + 1) = 103\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

m_{\text{pura}} = 5{,}50\cdot 10^{-2}\cdot 103 = 5{,}67\ \text{g}

Masa comercial (solo el

90\ \%

es hidróxido de cromo):

m = \frac{5{,}67}{0{,}90} = \mathbf{6{,}29\ g}

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

Consejo

Lo primero es fijarse en que el medio es básico. Si ajustas con $\text{H}^+$ acabarás con protones en una disolución de $\text{KOH}$ , lo que es un error de concepto: en medio básico se ajusta con $\text{H}_2\text{O}$ y $\text{OH}^-$ .

Después de sumar las semirreacciones, simplifica las especies que aparecen a los dos lados: aquí sobran $6\ \text{OH}^-$ y $3\ \text{H}_2\text{O}$ . Y comprueba siempre las cargas, que en la iónica deben coincidir ( $-5$ a cada lado).

En b), la riqueza divide: como el reactivo no es puro, hace falta más masa que la teórica. Si te sale menos de $5{,}67$ g, has invertido la operación.