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Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2024 · Junio

País Vasco · 2024 · Junio
Enunciado
La determinación de la concentración de peróxido de hidrógeno, H2O2\text{H}_2\text{O}_2, en un agua oxigenada puede llevarse a cabo mediante la valoración denominada permanganimetría, de acuerdo con la siguiente reacción química:2 KMnO4(aq)+5 H2O2(aq)+3 H2SO4(aq)→2 MnSO4(aq)+5 O2(g)+8 H2O(l)+K2SO4(aq)2\,\text{KMnO}_4(aq) + 5\,\text{H}_2\text{O}_2(aq) + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4(aq) \rightarrow 2\,\text{MnSO}_4(aq) + 5\,\text{O}_2(g) + 8\,\text{H}_2\text{O}(l) + \text{K}_2\text{SO}_4(aq)a) Explicar el procedimiento para llevar a cabo esta valoración, indicar el material necesario y acompañar las explicaciones de un dibujo esquemático. (1 punto)

b) Se toman 0,5 mL de agua oxigenada y se diluyen con agua hasta un volumen final de 25 mL. La valoración exacta de esta disolución consume, en el punto de equivalencia, 15 mL de una disolución acuosa de KMnO4\text{KMnO}_4 0,01 M. Calcular la concentración de peróxido de hidrógeno en el agua oxigenada inicial, expresando el resultado en «gramos de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 por 100 mL de disolución». (1 punto)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas: H = 1,0; O = 16,0.
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Resultado
a) Bureta con KMnO4\text{KMnO}_4 sobre un Erlenmeyer con la muestra diluida y acidulada con H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4; se añade gota a gota agitando hasta que aparece un color rosa persistente (el permanganato hace de indicador).

b) 3,75⋅10−43{,}75\cdot 10^{-4} mol de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 en la muestra: 2,55 g de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 por 100 mL de agua oxigenada.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Es una valoración redox: el permanganato (oxidante, morado) oxida al peróxido de hidrógeno a O2\text{O}_2 y se reduce a Mn2+\text{Mn}^{2+}, que es prácticamente incoloro. Mientras quede H2O2\text{H}_2\text{O}_2 en el matraz, cada gota de permanganato se decolora al caer; cuando se acaba, la primera gota en exceso tiñe la disolución de rosa. Por eso no hace falta indicador: el propio permanganato lo es.

En b), la estequiometría de la ecuación (5 mol de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 por cada 2 de KMnO4\text{KMnO}_4) da los moles de peróxido en el matraz. La dilución no cambia los moles: todos venían de los 0,5 mL de agua oxigenada, y de ahí se pasa a gramos por 100 mL.
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Desarrollo

a) Material
  • Bureta (sujeta a un soporte con una pinza), para el KMnO4\text{KMnO}_4 valorante.
  • Matraz Erlenmeyer, para la muestra que se valora.
  • Pipeta (con pera o aspirador) para medir con precisión el volumen de agua oxigenada, y probeta o matraz aforado para la dilución.
  • Vasos de precipitados, embudo para llenar la bureta, frasco lavador con agua destilada y ácido sulfúrico diluido.
Procedimiento
  1. Se mide con la pipeta el volumen de agua oxigenada (0,5 mL), se pasa al Erlenmeyer y se diluye con agua destilada hasta 25 mL. Se añaden unas gotas (un pequeño exceso) de ácido sulfúrico: la reacción necesita medio ácido.
  2. Se enjuaga la bureta con un poco de la disolución de KMnO4\text{KMnO}_4, se llena con ella y se enrasa a cero, sin burbujas en la punta.
  3. Se deja caer el permanganato gota a gota sobre el Erlenmeyer mientras se agita con un movimiento circular. Al principio el color morado desaparece al instante.
  4. El punto final se alcanza cuando una gota deja en la disolución un color rosa pálido que persiste unos 30 s. Se lee el volumen gastado en la bureta. Conviene repetir la valoración y promediar.
Dibujo esquemático. Se dibuja un soporte vertical con una pinza que sujeta una bureta graduada llena de disolución morada de KMnO4\text{KMnO}_4, con su llave abajo; justo debajo de la punta, un matraz Erlenmeyer con la muestra diluida y acidulada (incolora), que se agita mientras cae el valorante. Se rotulan la bureta, la llave, el Erlenmeyer y los dos líquidos.

b) Moles de permanganato gastadosn(KMnO4)=0,01 mol/L⋅0,015 L=1,5⋅10−4 moln(\text{KMnO}_4) = 0{,}01\ \text{mol/L}\cdot 0{,}015\ \text{L} = 1{,}5\cdot 10^{-4}\ \text{mol}Moles de peróxido en el matraz. Por la estequiometría (5 de H2O2\text{H}_2\text{O}_2 por cada 2 de KMnO4\text{KMnO}_4):n(H2O2)=1,5⋅10−4⋅52=3,75⋅10−4 moln(\text{H}_2\text{O}_2) = 1{,}5\cdot 10^{-4}\cdot\frac{5}{2} = 3{,}75\cdot 10^{-4}\ \text{mol}Efecto de la dilución. Al diluir solo se añade agua: esos 3,75⋅10−43{,}75\cdot 10^{-4} mol estaban en los 0,5 mL de agua oxigenada original.

Concentración en g por 100 mL. Con M(H2O2)=2⋅1,0+2⋅16,0=34,0 g/molM(\text{H}_2\text{O}_2) = 2\cdot 1{,}0 + 2\cdot 16{,}0 = 34{,}0\ \text{g/mol}:3,75⋅10−4 mol0,5 mL⋅34,0 gmol⋅100 mL=2,55 g de H2O2 por cada 100 mL\frac{3{,}75\cdot 10^{-4}\ \text{mol}}{0{,}5\ \text{mL}}\cdot 34{,}0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}\cdot 100\ \text{mL} = 2{,}55\ \text{g de H}_2\text{O}_2\ \text{por cada 100 mL}Es un valor razonable: el agua oxigenada de farmacia tiene alrededor de un 3 % de peróxido.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

El fallo más común en b) es dividir entre los 25 mL de la disolución diluida: la pregunta es por el agua oxigenada inicial, y los moles que has valorado venían todos de los 0,5 mL de partida.

En a) se valora que nombres el material concreto (bureta, Erlenmeyer, pipeta) y digas cómo se ve el punto final; explica por qué no hace falta indicador y por qué se añade ácido sulfúrico.
Paso 1 de 3
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