QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometría

También trata: Solubilidad y precipitación · Formulación y nomenclatura inorgánica
Andalucía · 2026 · Junio
Enunciado
(2 puntos)

ARSÉNICO O EL LUJO DE BEBER UN VASO DE AGUA POTABLE

El arsénico se conoce desde tiempos remotos y ha tenido múltiples usos en diversas áreas, desde la medicina hasta la industria. Se trata de un elemento esencial para la vida y, sin embargo, se da la gran paradoja de que también es muy tóxico. Una exposición continuada a este elemento causa lesiones en la piel, neuropatías y aumenta significativamente el riesgo de padecer cáncer. A esto hay que añadir que es el contaminante natural más abundante de las aguas subterráneas, lo que constituye un motivo de gran preocupación a nivel mundial. Para proteger la salud humana, el nivel máximo permitido de arsénico en agua potable establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es de 0,01 mg L−10{,}01\ \text{mg}\,\text{L}^{-1}.

Hasta la fecha, se han desarrollado diversas técnicas para la eliminación de este contaminante del agua potable. Una de las más habituales conlleva la oxidación de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 (forma predominante en ambientes donde no hay oxígeno) a H3AsO4\text{H}_3\text{AsO}_4 y posterior precipitación en forma de un compuesto altamente insoluble.

Se sabe que con oxígeno la reacción de oxidación ocurre muy lentamente, alcanzando un rendimiento del 57 %57\,\% al cabo de 5 días, lo que obliga a usar otros agentes oxidantes mucho más rápidos, tales como Cl2\text{Cl}_2, peróxido de hidrógeno, HClO\textbf{HClO} o permanganato de potasio.

Para eliminar el arsénico del agua y hacerla apta para el consumo humano, es habitual añadir FeCl3\textbf{FeCl}_\textbf{3} que genera hidróxido de hierro(III). Este reacciona con el ácido arsénico formando FeAsO4\text{FeAsO}_4, compuesto muy poco soluble (KS=6,3⋅10−21K_S = 6{,}3\cdot 10^{-21}).

a) Escriba y ajuste la reacción de oxidación del H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 a H3AsO4\text{H}_3\text{AsO}_4 con O2\text{O}_2 en medio ácido empleando el método del ion-electrón. (0,5 puntos)

b) Sabiendo que el aire contiene un 21 %21\,\% en volumen de O2\text{O}_2, ¿qué volumen de aire, medido a 273 K273\ \text{K} y 1 atm1\ \text{atm}, se debe burbujear por mol de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 en un agua natural contaminada? ¿Qué volumen del oxígeno quedaría sin reaccionar al cabo de 5 días? (0,5 puntos)

c) Demuestre que, tras precipitar FeAsO4\text{FeAsO}_4, el agua tratada cumple las recomendaciones de la OMS. (0,5 puntos)

d) Nombre o formule según corresponda las sustancias que aparecen en negrita en el texto. (0,5 puntos)

Datos: R=0,082 atm L mol−1 K−1R = 0{,}082\ \text{atm}\,\text{L}\,\text{mol}^{-1}\,\text{K}^{-1}; Masa atómica relativa: As=75\text{As} = 75.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  a) 2 H3AsO3+O2→2 H3AsO4  \boxed{\;\textbf{a) } 2\,\text{H}_3\text{AsO}_3 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_3\text{AsO}_4\;}  b) 53,3 L de aire; 4,81 L de O2c) 5,95⋅10−6 mg L−1<0,01  \boxed{\;\textbf{b) } 53{,}3\ \text{L de aire};\ 4{,}81\ \text{L de O}_2 \qquad \textbf{c) } 5{,}95\cdot 10^{-6}\ \text{mg}\,\text{L}^{-1} < 0{,}01\;}  d) H2O2; aˊcido hipocloroso; KMnO4; cloruro de hierro(III)  \boxed{\;\textbf{d) } \text{H}_2\text{O}_2\text{; ácido hipocloroso; } \text{KMnO}_4\text{; cloruro de hierro(III)}\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

Cuatro apartados que tocan tres partes del temario.

En a) hay que identificar quién se oxida y quién se reduce mirando los números de oxidación: el arsénico pasa de +3+3 a +5+5 (se oxida) y el oxígeno de 00 a −2-2 (se reduce). Después, el método del ion-electrón en medio ácido: ajustar los oxígenos con H2O\text{H}_2\text{O}, los hidrógenos con H+\text{H}^+ y las cargas con electrones, e igualar los electrones de las dos semirreacciones.

En b) la ecuación ajustada da los moles de O2\text{O}_2 por mol de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3; con PV=nRTPV = nRT se pasan a litros, y como el aire solo tiene un 21 %21\,\% de O2\text{O}_2, el volumen de aire es mayor. El rendimiento del 57 %57\,\% dice qué fracción del oxígeno ha reaccionado a los 5 días: el resto, el 43 %43\,\%, queda sin reaccionar.

En c) es un equilibrio de solubilidad 1 : 1: la solubilidad s=KSs = \sqrt{K_S} es la concentración de arseniato que queda disuelta; se pasa a mg L−1\text{mg}\,\text{L}^{-1} de arsénico y se compara con el límite de la OMS.
2

Desarrollo

a) Ajuste por el método del ion-electrón.

Números de oxidación del arsénico (H =+1= +1, O =−2= -2):H3AsO3: 3(+1)+x+3(−2)=0⇒x=+3H3AsO4: 3(+1)+x+4(−2)=0⇒x=+5\text{H}_3\text{AsO}_3:\ 3(+1) + x + 3(-2) = 0 \Rightarrow x = +3 \qquad \text{H}_3\text{AsO}_4:\ 3(+1) + x + 4(-2) = 0 \Rightarrow x = +5El As se oxida (+3→+5+3 \rightarrow +5): el H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 es el reductor. El O del O2\text{O}_2 se reduce (0→−20 \rightarrow -2): el O2\text{O}_2 es el oxidante. Los dos ácidos del arsénico son débiles y se escriben sin disociar.

Semirreacción de oxidación (falta un O a la izquierda: se añade H2O\text{H}_2\text{O}; sobran 2 H2\,\text{H} a la izquierda: 2 H+2\,\text{H}^+ a la derecha; se igualan las cargas con 2e−2e^-):H3AsO3+H2O⟶H3AsO4+2 H++2e−\text{H}_3\text{AsO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_3\text{AsO}_4 + 2\,\text{H}^+ + 2e^-Semirreacción de reducción:O2+4 H++4e−⟶2 H2O\text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4e^- \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}Para igualar los electrones, la oxidación se multiplica por 2 y se suman:2 H3AsO3+2 H2O+O2+4 H++4e−⟶2 H3AsO4+4 H++4e−+2 H2O2\,\text{H}_3\text{AsO}_3 + 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4e^- \longrightarrow 2\,\text{H}_3\text{AsO}_4 + 4\,\text{H}^+ + 4e^- + 2\,\text{H}_2\text{O}Simplificando (4 H+4\,\text{H}^+, 4e−4e^- y 2 H2O2\,\text{H}_2\text{O} a los dos lados):2 H3AsO3+O2⟶2 H3AsO42\,\text{H}_3\text{AsO}_3 + \text{O}_2 \longrightarrow 2\,\text{H}_3\text{AsO}_4(Comprobación: 2 As, 6 H y 8 O a cada lado, y carga neta cero.)

b) Volumen de aire por mol de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 y oxígeno sin reaccionar.

Según la ecuación ajustada, 2 mol2\ \text{mol} de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3 reaccionan con 1 mol1\ \text{mol} de O2\text{O}_2:nO2=1 mol H3AsO3⋅1 mol O22 mol H3AsO3=0,5 mol O2n_{\text{O}_2} = 1\ \text{mol H}_3\text{AsO}_3 \cdot \frac{1\ \text{mol O}_2}{2\ \text{mol H}_3\text{AsO}_3} = 0{,}5\ \text{mol O}_2Volumen de ese oxígeno a 273 K273\ \text{K} y 1 atm1\ \text{atm}:VO2=n R TP=0,5⋅0,082⋅2731=11,19 LV_{\text{O}_2} = \frac{n\,R\,T}{P} = \frac{0{,}5 \cdot 0{,}082 \cdot 273}{1} = 11{,}19\ \text{L}Como el aire tiene un 21 %21\,\% en volumen de O2\text{O}_2:Vaire=11,190,21=53,3 L de aireV_{\text{aire}} = \frac{11{,}19}{0{,}21} = \mathbf{53{,}3\ L\ de\ aire}Al cabo de 5 días el rendimiento es del 57 %57\,\%: solo ha reaccionado el 57 %57\,\% de ese oxígeno y queda sin reaccionar el 43 %43\,\%:VO2, sin reaccionar=0,43⋅11,19=4,81 L de O2V_{\text{O}_2,\ \text{sin reaccionar}} = 0{,}43 \cdot 11{,}19 = \mathbf{4{,}81\ L\ de\ O_2}(Han reaccionado 0,57⋅11,19=6,38 L0{,}57\cdot 11{,}19 = 6{,}38\ \text{L}.)

c) Arsénico disuelto tras precipitar FeAsO4\text{FeAsO}_4.

Equilibrio de solubilidad, con ss la solubilidad molar:FeAsO4(s)⇌Fe3+(ac)+AsO43−(ac)[Fe3+]=[AsO43−]=s\text{FeAsO}_4(s) \rightleftharpoons \text{Fe}^{3+}(ac) + \text{AsO}_4^{3-}(ac) \qquad [\text{Fe}^{3+}] = [\text{AsO}_4^{3-}] = sKS=[Fe3+][AsO43−]=s2⟹s=6,3⋅10−21=7,94⋅10−11 mol L−1K_S = [\text{Fe}^{3+}][\text{AsO}_4^{3-}] = s^2 \quad\Longrightarrow\quad s = \sqrt{6{,}3\cdot 10^{-21}} = 7{,}94\cdot 10^{-11}\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}Todo el arsénico que queda en el agua es el del arseniato disuelto (un As por cada AsO43−\text{AsO}_4^{3-}):cAs=7,94⋅10−11 mol L−1⋅75 g mol−1=5,95⋅10−9 g L−1=5,95⋅10−6 mg L−1c_{\text{As}} = 7{,}94\cdot 10^{-11}\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} \cdot 75\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} = 5{,}95\cdot 10^{-9}\ \text{g}\,\text{L}^{-1} = 5{,}95\cdot 10^{-6}\ \text{mg}\,\text{L}^{-1}Comparando con el límite de la OMS:5,95⋅10−6 mg L−1<0,01 mg L−15{,}95\cdot 10^{-6}\ \text{mg}\,\text{L}^{-1} < 0{,}01\ \text{mg}\,\text{L}^{-1}Es unas 1700 veces menor que el máximo permitido: el agua tratada cumple la recomendación de la OMS. (Si queda Fe3+\text{Fe}^{3+} en exceso, el efecto del ion común rebaja aún más el arseniato disuelto.)
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
d) Sustancias en negrita.
En el textoRespuesta
peróxido de hidrógenoH2O2\text{H}_2\text{O}_2
HClO\text{HClO}ácido hipocloroso (hidrogeno(oxidoclorato))
permanganato de potasioKMnO4\text{KMnO}_4
FeCl3\text{FeCl}_3cloruro de hierro(III) (tricloruro de hierro)
3

Consejo

El enunciado exige el método del ion-electrón: si ajustas "a ojo" (la ecuación final es muy sencilla), la corrección no lo da por bueno y además penaliza un 25 % el apartado siguiente. Escribe las dos semirreacciones con sus H2O\text{H}_2\text{O}, H+\text{H}^+ y electrones, y súmalas.

En b) no olvides el 2 de la estequiometría (medio mol de O2\text{O}_2 por mol de H3AsO3\text{H}_3\text{AsO}_3) ni dividir entre 0,210{,}21 para pasar a aire. El oxígeno sin reaccionar es el 43 %43\,\%, no el 57 %57\,\%.

En c) compara magnitudes iguales: pasa la solubilidad de mol L−1\text{mol}\,\text{L}^{-1} a mg L−1\text{mg}\,\text{L}^{-1} de arsénico (masa atómica 75) antes de compararla con los 0,01 mg L−10{,}01\ \text{mg}\,\text{L}^{-1}.
Paso 1 de 3
¿Lo has intentado? Con una cuenta marcas hasta dónde llegaste y te proponemos qué repasar después.
¿Te atascas?Pregunta a otros estudiantes y profesores en la comunidad.
Sigue practicando
Ajuste redox y estequiometría
(2 puntos: 1 punto cada apartado) En determinadas regiones se añade yoduro de potasio al agua potable con el…
Química · Andalucía · 2026 · JulioAjuste redox y estequiometría
(2 puntos: 1 punto cada apartado) El gas cloro se utiliza para la fabricación de la lejía (hipoclorito de sodio)…
Química · Andalucía · 2026 · Reserva 2Ajuste redox y estequiometría
Una forma de estimar la contaminación del agua es medir la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Para ello, el carbono…
Química · Castilla-La Mancha · 2026 · JulioAjuste redox y estequiometría
El dicromato de potasio K2Cr2O7\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 reacciona con cloruro de hierro (II), FeCl2\text{FeCl}_2…
Química · Castilla-La Mancha · 2026 · Junio
Apuntes y todos los problemas de Reacciones redox y electroquímica →