QuímicaDifícilProblema · 2,5 pts

Ajuste redox y estequiometría

Andalucía · 2025 · Reserva 3

Enunciado

EL ALUMINIO: UN METAL MULTIUSOS

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra principalmente en la bauxita en forma de óxido de aluminio (

\text{Al}_2\text{O}_3

), junto a otros compuestos como el óxido de titanio(IV) y el óxido de hierro(II). Para obtener aluminio metálico se extrae el

\text{Al}_2\text{O}_3

de la bauxita (Proceso Bayer) y, a continuación, se obtiene aluminio metálico y oxígeno mediante electrólisis (Proceso Hall-Héroult).

El papel de aluminio en contacto con el

\text{O}_2

del aire se oxida, formándose una capa de óxido de aluminio que actúa como barrera protectora frente a la corrosión. Además, el aluminio se puede oxidar en presencia de otras sustancias:

Reacciones de oxidación del aluminio (no ajustadas) $\text{Al} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3$ $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \textbf{AlCl}_\textbf{3} + \text{H}_2$ $\text{Al} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \textbf{Al}_\textbf{2}(\textbf{SO}_\textbf{4})_\textbf{3} + \text{H}_2$

Por otra parte, el

\text{Al(OH)}_3

es un sólido poco soluble en agua (

s = 1{,}72\cdot 10^{-9}\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}

, a

25\ ^\circ\text{C}

) y es el principio activo de un fármaco que se usa para neutralizar la acidez estomacal.

a) Ajuste la reacción molecular del aluminio con ácido sulfúrico por el método del ion-electrón. (1 punto)

b) Calcule el volumen de disolución acuosa de

\text{HCl}

10^{-5}\ \text{M}

necesario para neutralizar

5\ \text{L}

de una disolución acuosa saturada de

\text{Al(OH)}_3

. (1 punto)

c) Nombre o formule los cuatro compuestos que aparecen en negrita. (0,5 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } 2\,\text{Al} + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\,\text{H}_2\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{HCl}) = 2{,}58\ \text{mL}\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{TiO}_2;\ \text{FeO};\ \text{cloruro de aluminio};\ \text{sulfato de aluminio}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En a) el aluminio se oxida y el que se reduce es el hidrógeno del ácido, que pasa de

+1

0

formando

\text{H}_2

. Es el esquema clásico "metal + ácido no oxidante": el anión sulfato queda como espectador.

En b) hay que encadenar solubilidad y neutralización, y el detalle decisivo es la estequiometría del hidróxido: cada

\text{Al(OH)}_3

que se disuelve libera tres

\text{OH}^-

, así que hacen falta tres

\text{H}^+

por cada mol disuelto.

s \;\rightarrow\; n(\text{Al(OH)}_3) \;\xrightarrow{\times 3}\; n(\text{OH}^-) \;=\; n(\text{H}^+) \;\rightarrow\; V(\text{HCl})

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación:

\text{Al}: 0 \longrightarrow +3 \quad \textbf{se oxida} \qquad\qquad \text{H}: +1 \longrightarrow 0 \quad \textbf{se reduce}

Semirreacciones:

\text{Oxidación:}\quad \text{Al} \longrightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^- \qquad (\times 2)

\text{Reducción:}\quad 2\,\text{H}^+ + 2e^- \longrightarrow \text{H}_2 \qquad (\times 3)

Igualando a 6 electrones y sumando:

2\,\text{Al} + 6\,\text{H}^+ \longrightarrow 2\,\text{Al}^{3+} + 3\,\text{H}_2

Ecuación molecular: los 6

\text{H}^+

proceden de 3

\text{H}_2\text{SO}_4

, cuyos 3 sulfatos acompañan a los 2

\text{Al}^{3+}

\boxed{\;2\,\text{Al}(s) + 3\,\text{H}_2\text{SO}_4(ac) \longrightarrow \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3(ac) + 3\,\text{H}_2(g)\;}

b) Volumen de $\text{HCl}$ necesario.

Moles de $\text{Al(OH)}_3$ disueltos en los 5 L de disolución saturada:

n_{\text{Al(OH)}_3} = s\cdot V = 1{,}72\cdot 10^{-9}\cdot 5 = 8{,}60\cdot 10^{-9}\ \text{mol}

Moles de $\text{OH}^-$ en disolución, sabiendo que cada fórmula aporta tres:

\text{Al(OH)}_3(s) \rightleftharpoons \text{Al}^{3+} + 3\,\text{OH}^-

n_{\text{OH}^-} = 3\cdot 8{,}60\cdot 10^{-9} = 2{,}58\cdot 10^{-8}\ \text{mol}

Neutralización, con estequiometría 1 : 1 entre

\text{H}^+

\text{OH}^-

\text{H}^+ + \text{OH}^- \longrightarrow \text{H}_2\text{O} \qquad n_{\text{HCl}} = 2{,}58\cdot 10^{-8}\ \text{mol}

Volumen de la disolución de ácido:

V = \frac{n}{M} = \frac{2{,}58\cdot 10^{-8}}{10^{-5}} = 2{,}58\cdot 10^{-3}\ \text{L} = \mathbf{2{,}58\ mL}

(Un volumen minúsculo, coherente con lo insoluble que es el

\text{Al(OH)}_3

: en 5 L apenas hay disueltos unos

6{,}7\cdot 10^{-7}\ \text{g}

de hidróxido.)

c) Los cuatro compuestos en negrita.

En el texto	Respuesta
óxido de titanio(IV)	$\text{TiO}_2$
óxido de hierro(II)	$\text{FeO}$
$\text{AlCl}_3$	cloruro de aluminio (tricloruro de aluminio)
$\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$	sulfato de aluminio

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

Consejo

En a) el error más habitual es olvidar quién se reduce. No es el azufre (el sulfato es un espectador: entra y sale con azufre en $+6$ ), sino el hidrógeno del ácido, que pasa de $+1$ a 0. Si intentas reducir el sulfato a $\text{SO}_2$ , el ajuste no cuadra con los productos del enunciado.

En b) el factor 3 es todo el problema. Si tomas $n(\text{OH}^-) = n(\text{Al(OH)}_3)$ , el volumen sale la tercera parte. Escribe el equilibrio de solubilidad antes de calcular y el 3 aparece solo.

Y no confundas la solubilidad $s$ (ya en $\text{mol}\,\text{L}^{-1}$ ) con una masa: aquí el dato viene directamente en molaridad, así que basta multiplicar por el volumen.