Problema resuelto de Química: Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2024 · Junio

a) Semirreacción de reducción. El Mn pasa de +7 a +2 (gana 5 electrones). Se ajustan los oxígenos con agua y los hidrógenos con $\text{H}^+$:$$\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 5\,e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Semirreacción de oxidación. El Ni pasa de 0 a +2:$$\text{Ni} \rightarrow \text{Ni}^{2+} + 2\,e^-$$Igualar los electrones. Se multiplica la reducción por 2 y la oxidación por 5 (10 electrones en cada una):$$2\,\text{MnO}_4^- + 16\,\text{H}^+ + 10\,e^- \rightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O}$$$$5\,\text{Ni} \rightarrow 5\,\text{Ni}^{2+} + 10\,e^-$$Ecuación iónica ajustada. Sumando, los electrones se cancelan:$$2\,\text{MnO}_4^- + 16\,\text{H}^+ + 5\,\text{Ni} \rightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 8\,\text{H}_2\text{O} + 5\,\text{Ni}^{2+}$$Comprobación de cargas: a la izquierda $-2 + 16 = +14$; a la derecha $2\cdot(+2) + 5\cdot(+2) = +14$.

b) Moles de permanganato gastados. El $\text{KMnO}_4$ es una sal soluble y cada mol aporta un mol de $\text{MnO}_4^-$:$$n(\text{MnO}_4^-) = 1{,}2\ \text{mol/L}\cdot 0{,}050\ \text{L} = 0{,}060\ \text{mol}$$Moles y masa de níquel puro. Por la estequiometría (5 Ni por cada 2 $\text{MnO}_4^-$):$$n(\text{Ni}) = 0{,}060\cdot\frac{5}{2} = 0{,}15\ \text{mol} \qquad m(\text{Ni}) = 0{,}15\ \text{mol}\cdot 58{,}7\ \text{g/mol} = 8{,}805\ \text{g}$$Pureza de la muestra:$$\text{pureza} = \frac{8{,}805\ \text{g}}{10\ \text{g}}\cdot 100 = 88{,}1\ \%$$c) Números de oxidación. En la reacción propuesta, el flúor pasa de $-1$ ($\text{F}^-$) a 0 ($\text{F}_2$) y el cloro de $-1$ ($\text{Cl}^-$) a 0 ($\text{Cl}_2$): las dos especies se oxidan y ninguna se reduce.

En una reacción redox los electrones que pierde una especie (el reductor) tienen que ganarlos otra (el oxidante); no puede haber dos oxidaciones sin ninguna reducción, porque los electrones liberados no tendrían a dónde ir. La carga tampoco cuadra: a la izquierda hay $-4$ y a la derecha 0. Por eso la reacción no puede producirse. (Además, $\text{F}^-$ y $\text{Cl}^-$ son las formas reducidas más estables de los dos halógenos, que son precisamente oxidantes fuertes.)