QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2025 · Julio

Comunitat Valenciana · 2025 · Julio
Enunciado
El dicloro, Cl2\text{Cl}_2, es ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas dedicadas al consumo humano. Un contaminante habitual del agua es el sulfuro de hidrógeno, H2S\text{H}_2\text{S}, proveniente tanto de la descomposición de materia orgánica como de depósitos de minerales del subsuelo. La reacción entre Cl2\text{Cl}_2 y H2S\text{H}_2\text{S} da lugar a azufre elemental y HCl\text{HCl}.

En una planta potabilizadora se trataron 25 m325\ \text{m}^3 de agua (1 m3=1000 L1\ \text{m}^3 = 1000\ \text{L}), que contenían una cantidad desconocida de sulfuro de hidrógeno, con un exceso de Cl2\text{Cl}_2. Responda las siguientes cuestiones:

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción y ajuste la reacción molecular global. (1 punto)

b) Al finalizar la reacción, el pH de la disolución resultó ser 3,83. Calcule la cantidad de H2S\text{H}_2\text{S}, en gramos, presente en el agua tratada (desprecie el efecto de la disociación ácida del H2S\text{H}_2\text{S} en agua). (1 punto)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas (g⋅mol−1\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}): H = 1,01; S = 32,07.
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Resultado
a) Oxidación: H2S→S+2 H++2 e−\text{H}_2\text{S} \to \text{S} + 2\,\text{H}^+ + 2\,e^-; reducción: Cl2+2 e−→2 Cl−\text{Cl}_2 + 2\,e^- \to 2\,\text{Cl}^-. Global: H2S+Cl2→S+2 HCl\text{H}_2\text{S} + \text{Cl}_2 \to \text{S} + 2\,\text{HCl}.

b) [H3O+]=1,48⋅10−4 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 1{,}48\cdot 10^{-4}\ \text{M}; se forman 3,70 mol de HCl, que vienen de 1,85 mol de H2S\text{H}_2\text{S}: unos 63,0 g63{,}0\ \text{g} de H2S\text{H}_2\text{S}.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Primero, quién cambia de número de oxidación: el azufre pasa de −2-2 en el H2S\text{H}_2\text{S} a 00 en el azufre elemental (se oxida) y el cloro de 00 en el Cl2\text{Cl}_2 a −1-1 en el HCl\text{HCl} (se reduce). Con eso se escriben las dos semirreacciones, se igualan los electrones y se suman.

En b) el truco está en de dónde sale la acidez: el HCl\text{HCl} que se forma es un ácido fuerte y está totalmente disociado, así que el pH final mide directamente cuánto HCl\text{HCl} se ha formado (el enunciado pide despreciar la acidez del propio H2S\text{H}_2\text{S}). De los moles de HCl\text{HCl}, por la estequiometría de a), se pasa a los de H2S\text{H}_2\text{S}, y de ahí a gramos.
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Desarrollo

a) Números de oxidaciónH2+1S−2+Cl20⟶S0+H+1Cl−1\overset{+1}{\text{H}_2}\overset{-2}{\text{S}} + \overset{0}{\text{Cl}_2} \longrightarrow \overset{0}{\text{S}} + \overset{+1}{\text{H}}\overset{-1}{\text{Cl}}El H2S\text{H}_2\text{S} es el reductor (su azufre pierde electrones) y el Cl2\text{Cl}_2 el oxidante.

Semirreacción de oxidación. En disolución acuosa, con el H2S\text{H}_2\text{S} como especie:H2S(ac)⟶S(s)+2 H+(ac)+2 e−\text{H}_2\text{S}(ac) \longrightarrow \text{S}(s) + 2\,\text{H}^+(ac) + 2\,e^-(También vale escribirla para el ion sulfuro: S2−⟶S+2 e−\text{S}^{2-} \longrightarrow \text{S} + 2\,e^-.)

Semirreacción de reducción.Cl2(g)+2 e−⟶2 Cl−(ac)\text{Cl}_2(g) + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\text{Cl}^-(ac)Reacción global. Las dos semirreacciones intercambian 2 electrones, así que se suman tal cual:H2S(ac)+Cl2(g)⟶S(s)+2 H+(ac)+2 Cl−(ac)\text{H}_2\text{S}(ac) + \text{Cl}_2(g) \longrightarrow \text{S}(s) + 2\,\text{H}^+(ac) + 2\,\text{Cl}^-(ac)y, juntando los iones H+\text{H}^+ y Cl−\text{Cl}^- en el ácido clorhídrico, la ecuación molecular es:H2S(ac)+Cl2(g)⟶S(s)+2 HCl(ac)\text{H}_2\text{S}(ac) + \text{Cl}_2(g) \longrightarrow \text{S}(s) + 2\,\text{HCl}(ac)b) Concentración de H₃O⁺ al final

El HCl\text{HCl} es un ácido fuerte: [H3O+]=[HCl]formado[\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{HCl}]_{\text{formado}}.[H3O+]=10−pH=10−3,83=1,479⋅10−4 mol⋅L−1[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-3{,}83} = 1{,}479\cdot 10^{-4}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}Moles de HCl formados en los 25 m3=2,5⋅104 L25\ \text{m}^3 = 2{,}5\cdot 10^{4}\ \text{L} de agua:n(HCl)=[H3O+] V=1,479⋅10−4 mol⋅L−1⋅2,5⋅104 L=3,698 moln(\text{HCl}) = [\text{H}_3\text{O}^+]\,V = 1{,}479\cdot 10^{-4}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot 2{,}5\cdot 10^{4}\ \text{L} = 3{,}698\ \text{mol}Moles de H₂S. Por la ecuación ajustada, 1 mol de H2S\text{H}_2\text{S} da 2 mol de HCl\text{HCl}:n(H2S)=n(HCl)2=3,6982=1,849 moln(\text{H}_2\text{S}) = \frac{n(\text{HCl})}{2} = \frac{3{,}698}{2} = 1{,}849\ \text{mol}Masa de H₂S. M(H2S)=2⋅1,01+32,07=34,09 g⋅mol−1M(\text{H}_2\text{S}) = 2\cdot 1{,}01 + 32{,}07 = 34{,}09\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}:m(H2S)=1,849 mol⋅34,09 g⋅mol−1=63,0 gm(\text{H}_2\text{S}) = 1{,}849\ \text{mol}\cdot 34{,}09\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 63{,}0\ \text{g}
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Consejo

En b) el paso clave (0,8 de 1 punto) es pasar de los moles de H3O+\text{H}_3\text{O}^+ a los de H2S\text{H}_2\text{S} con la estequiometría: cada H2S\text{H}_2\text{S} produce dos HCl. Si olvidas dividir entre dos, la masa sale el doble.

Y no te olvides del volumen: 25 m325\ \text{m}^3 son 25 000 L25\,000\ \text{L}. Con el pH sacas una concentración; para tener moles hay que multiplicarla por los litros.
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