QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

Comunidad de Madrid · 2024 · Junio

Enunciado

El dicromato de potasio reacciona con el cloruro de hierro(II) en disolución de ácido clorhídrico, obteniéndose como productos: cloruro de cromo(III), cloruro de hierro(III), cloruro de potasio y agua.

a) (1 punto) Formule y ajuste por el método del ion electrón las semirreacciones de oxidación y reducción. Indique las especies oxidante y reductora. Ajuste la reacción iónica y la molecular.

b) (1 punto) Determine qué masa de dicromato de potasio se necesitará para que reaccione completamente con

50\ \text{mL}

de disolución de cloruro de hierro(II)

0{,}60\ \text{M}

.

Datos. Masas atómicas (u):

\text{O} = 16{,}0

;

\text{K} = 39{,}1

;

\text{Cr} = 52{,}0

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Resultado

a) Reducción: $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6e^- \to 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$ ; oxidación: $\text{Fe}^{2+} \to \text{Fe}^{3+} + e^-$ . Oxidante $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , reductor $\text{Fe}^{2+}$ . Molecular: $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\text{FeCl}_2 + 14\text{HCl} \to 2\text{CrCl}_3 + 6\text{FeCl}_3 + 2\text{KCl} + 7\text{H}_2\text{O}$ .
b) $m(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = 1{,}47\ \text{g}$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Primero se formula la reacción y se asignan números de oxidación para ver quién cambia:

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{FeCl}_2 + \text{HCl} \longrightarrow \text{CrCl}_3 + \text{FeCl}_3 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}

Cromo: de $+6$ en el $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ a $+3$ en el $\text{Cr}^{3+}$ → se reduce (gana 3 electrones por átomo, 6 por ion dicromato).
Hierro: de $+2$ a $+3$ → se oxida (pierde 1 electrón).

El medio es ácido, así que los oxígenos del dicromato se ajustan con

\text{H}_2\text{O}

y los hidrógenos con

\text{H}^+

. Para igualar electrones, la oxidación del hierro se multiplica por 6: esa relación 1 dicromato : 6 hierro(II) es la que resuelve el apartado b).

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Las especies que cambian de número de oxidación, escritas como iones (las sales están disociadas):

\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \to \text{Cr}^{3+}

\text{Fe}^{2+} \to \text{Fe}^{3+}

. Los iones

\text{K}^+

\text{Cl}^-

son espectadores.

Semirreacción de reducción. Se ajusta el cromo (2 a cada lado), los oxígenos con 7

\text{H}_2\text{O}

, los hidrógenos con 14

\text{H}^+

y la carga con electrones (izquierda

-2 + 14 = +12

; derecha

+6

; faltan 6 cargas negativas a la izquierda):

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

Semirreacción de oxidación:

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

Especie oxidante (se reduce): el ion dicromato, $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ (es decir, el $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ).
Especie reductora (se oxida): el ion hierro(II), $\text{Fe}^{2+}$ (es decir, el $\text{FeCl}_2$ ).

Ecuación iónica. Multiplicamos la oxidación por 6 para que se intercambien los mismos electrones y sumamos:

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

Comprobación de cargas: izquierda

-2 + 12 + 14 = +24

; derecha

6 + 18 = +24

. ✔

Ecuación molecular. Cada ion pasa a su compuesto: el dicromato viene del

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

, el

\text{Fe}^{2+}

del

\text{FeCl}_2

y los 14

\text{H}^+

de 14

\text{HCl}

. A la derecha, los 2

\text{K}^+

forman 2

\text{KCl}

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

Comprobación:

\text{K}

: 2 y 2;

\text{Cr}

: 2 y 2;

\text{Fe}

: 6 y 6;

\text{O}

: 7 y 7;

\text{H}

: 14 y 14;

\text{Cl}

12 + 14 = 26

6 + 18 + 2 = 26

. ✔

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

b) Masa de dicromato de potasio.

Moles de cloruro de hierro(II) en los

50\ \text{mL}

de disolución:

n(\text{FeCl}_2) = M \cdot V = 0{,}60\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}050\ \text{L} = 0{,}030\ \text{mol}

Moles de dicromato, con la relación de la ecuación ajustada,

1\ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 : 6\ \text{FeCl}_2

n(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = 0{,}030\ \text{mol FeCl}_2 \cdot \frac{1\ \text{mol K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7}{6\ \text{mol FeCl}_2} = 5{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol}

Masa molar del dicromato de potasio:

M(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7) = 2(39{,}1) + 2(52{,}0) + 7(16{,}0) = 78{,}2 + 104{,}0 + 112{,}0 = 294{,}2\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}

m = 5{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{mol} \cdot 294{,}2\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}47\ \text{g}

Consejo

La semirreacción del dicromato en medio ácido sale en casi todos los exámenes: $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\,\text{H}^+ + 6\,e^- \to 2\,\text{Cr}^{3+} + 7\,\text{H}_2\text{O}$ . Tenla automatizada, y recuerda que los 6 electrones salen de dos cromos que ganan 3 cada uno.

En la ecuación molecular, el cloro es el que más se descuadra: cuéntalo al final en los cinco compuestos que lo llevan. Y en b) usa la relación 1 : 6 en el sentido correcto: hay menos dicromato que hierro, así que se divide entre 6, no se multiplica.