QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2026 · Julio

También trata: Pilas galvánicas y potenciales
País Vasco · 2026 · Julio
Enunciado
Un químico ha tratado de producir cloro gas en el laboratorio empleando permanganato de potasio como oxidante. En ese proceso ha leído que el comportamiento del reactivo depende de las condiciones del medio. Mientras que en medio ácido se reduce a Mn²⁺ (A, está sin ajustar), en medio básico se reduce a MnO₂ (B).

A: KMnO4 (aq)+H2SO4 (aq)+KCl (aq)→MnSO4 (aq)+Cl2 (g)+K2SO4 (aq)+H2O (l)\text{KMnO}_4\,(aq) + \text{H}_2\text{SO}_4\,(aq) + \text{KCl}\,(aq) \rightarrow \text{MnSO}_4\,(aq) + \text{Cl}_2\,(g) + \text{K}_2\text{SO}_4\,(aq) + \text{H}_2\text{O}\,(l)

B: 2 KMnO4 (aq)+4 H2O (l)+6 KCl (aq)→2 MnO2 (aq)+3 Cl2 (g)+8 KOH (aq)2\,\text{KMnO}_4\,(aq) + 4\,\text{H}_2\text{O}\,(l) + 6\,\text{KCl}\,(aq) \rightarrow 2\,\text{MnO}_2\,(aq) + 3\,\text{Cl}_2\,(g) + 8\,\text{KOH}\,(aq)

a) Ajustar la reacción en medio ácido (A) mediante el método de ion-electrón. (0,75 puntos)

b) Analizar si ambas reacciones son espontáneas. E∘E^\circ (V): MnO4−/Mn2+=+1,51\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+} = +1{,}51, MnO4−/MnO2=+0,60\text{MnO}_4^-/\text{MnO}_2 = +0{,}60 y Cl2/Cl−=+1,36\text{Cl}_2/\text{Cl}^- = +1{,}36. (0,5 puntos)

c) Calcular el volumen de Cl₂ gaseoso que se libera en la reacción que es espontánea, medido a 1 atm y 30 ºC, si el reactivo limitante son 5 g de KMnO₄ de 80 % de pureza. (0,75 puntos)

Datos (de la tabla del examen): masas atómicas: O = 16,0; K = 39,1; Mn = 54,9. R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
a) 2 KMnO4+8 H2SO4+10 KCl→2 MnSO4+5 Cl2+6 K2SO4+8 H2O2\,\text{KMnO}_4 + 8\,\text{H}_2\text{SO}_4 + 10\,\text{KCl} \rightarrow 2\,\text{MnSO}_4 + 5\,\text{Cl}_2 + 6\,\text{K}_2\text{SO}_4 + 8\,\text{H}_2\text{O}.

b) Medio ácido: E∘=+0,15E^\circ = +0{,}15 V, espontánea. Medio básico: E∘=−0,76E^\circ = -0{,}76 V, no espontánea.

c) Se desprenden unos 1,57 L de Cl₂ (0,0633 mol) a 1 atm y 30 ºC.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

El permanganato es el oxidante (el Mn pasa de +7+7 a +2+2) y el cloruro el reductor (el Cl pasa de −1-1 a 00). Para ajustar por ion-electrón escribimos las dos semirreacciones con las especies que cambian, ajustamos O con H₂O y H con H⁺ (medio ácido), igualamos electrones y, al final, pasamos a la ecuación molecular añadiendo los iones espectadores (K⁺ y SO₄²⁻).

Para la espontaneidad usamos Ereaccioˊn∘=Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘E^\circ_{\text{reacción}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}: si sale positivo, ΔG∘=−nFE∘<0\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0. Con la reacción espontánea y la estequiometría del ajuste calculamos los moles de Cl₂ y, con PV=nRTPV = nRT, su volumen.
2

Desarrollo

a) Números de oxidación. Mn: +7+7 en el MnO₄⁻ → +2+2 en el Mn²⁺ (se reduce). Cl: −1-1 en el Cl⁻ → 0 en el Cl₂ (se oxida).

Semirreacción de reducción (O con H₂O, H con H⁺, carga con electrones):MnO4−+8 H++5 e−→Mn2++4 H2O\text{MnO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 5\,e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\,\text{H}_2\text{O}Semirreacción de oxidación:2 Cl−→Cl2+2 e−2\,\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-Igualar electrones. La primera por 2 y la segunda por 5 (10 electrones en cada una), y se suman:2 MnO4−+16 H++10 Cl−→2 Mn2++5 Cl2+8 H2O2\,\text{MnO}_4^- + 16\,\text{H}^+ + 10\,\text{Cl}^- \rightarrow 2\,\text{Mn}^{2+} + 5\,\text{Cl}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}Ecuación molecular. Los 2 MnO₄⁻ vienen de 2 KMnO₄ y los 10 Cl⁻ de 10 KCl; los 16 H⁺ los aportan 8 H₂SO₄. Los 2 Mn²⁺ salen como 2 MnSO₄ y los 12 K⁺ como 6 K₂SO₄ (que usan los 8−2=68 - 2 = 6 sulfatos restantes):2 KMnO4+8 H2SO4+10 KCl→2 MnSO4+5 Cl2+6 K2SO4+8 H2O2\,\text{KMnO}_4 + 8\,\text{H}_2\text{SO}_4 + 10\,\text{KCl} \rightarrow 2\,\text{MnSO}_4 + 5\,\text{Cl}_2 + 6\,\text{K}_2\text{SO}_4 + 8\,\text{H}_2\text{O}Comprobación: K 2+10=12=6⋅22 + 10 = 12 = 6\cdot 2; S 8=2+68 = 2 + 6; O 8+32=40=8+24+88 + 32 = 40 = 8 + 24 + 8; H 16=1616 = 16.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Medio ácido (A). El cátodo (reducción) es el par MnO₄⁻/Mn²⁺ y el ánodo (oxidación) el Cl₂/Cl⁻:EA∘=E∘(MnO4−/Mn2+)−E∘(Cl2/Cl−)=1,51−1,36=+0,15 VE^\circ_A = E^\circ(\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+}) - E^\circ(\text{Cl}_2/\text{Cl}^-) = 1{,}51 - 1{,}36 = +0{,}15\ \text{V}Como E∘>0E^\circ > 0, ΔG∘=−nFE∘<0\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0: es espontánea.

Medio básico (B). Ahora el permanganato se reduce a MnO₂:EB∘=E∘(MnO4−/MnO2)−E∘(Cl2/Cl−)=0,60−1,36=−0,76 VE^\circ_B = E^\circ(\text{MnO}_4^-/\text{MnO}_2) - E^\circ(\text{Cl}_2/\text{Cl}^-) = 0{,}60 - 1{,}36 = -0{,}76\ \text{V}E∘<0E^\circ < 0, ΔG∘>0\Delta G^\circ > 0: no es espontánea en condiciones estándar. El permanganato solo oxida el cloruro a cloro en medio ácido.

c) Moles de KMnO₄ puro. Masa molar: M(KMnO4)=39,1+54,9+4⋅16,0=158,0 g/molM(\text{KMnO}_4) = 39{,}1 + 54{,}9 + 4\cdot 16{,}0 = 158{,}0\ \text{g/mol}.n(KMnO4)=5 g⋅0,80158,0 g/mol=4 g158,0 g/mol=0,0253 moln(\text{KMnO}_4) = \frac{5\ \text{g}\cdot 0{,}80}{158{,}0\ \text{g/mol}} = \frac{4\ \text{g}}{158{,}0\ \text{g/mol}} = 0{,}0253\ \text{mol}Moles de Cl₂. Según el ajuste del apartado a), 2 mol de KMnO₄ dan 5 mol de Cl₂:n(Cl2)=0,0253⋅52=0,0633 moln(\text{Cl}_2) = 0{,}0253 \cdot \frac{5}{2} = 0{,}0633\ \text{mol}Volumen. Con T=30+273=303 KT = 30 + 273 = 303\ \text{K} y P=1 atmP = 1\ \text{atm}:V=nRTP=0,0633⋅0,082⋅3031=1,57 LV = \frac{nRT}{P} = \frac{0{,}0633 \cdot 0{,}082 \cdot 303}{1} = 1{,}57\ \text{L}
3

Consejo

En el ion-electrón el corrector mira que escribas las dos semirreacciones ajustadas en masa y en carga antes de sumarlas, y que pases a la ecuación molecular: si la ecuación no queda ajustada, el apartado no llega al máximo. Comprueba elemento a elemento (los K y los S son los que más se escapan). En c), la pureza se aplica antes de pasar a moles, y la relación 2 : 5 sale de tu ajuste.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes 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
(2 puntos) ARSÉNICO O EL LUJO DE BEBER UN VASO DE AGUA POTABLE El arsénico se conoce desde tiempos remotos…
Química · Andalucía · 2026 · JunioAjuste 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 · Julio
Apuntes y todos los problemas de Reacciones redox y electroquímica →