Problema resuelto de Química: Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · País Vasco 2026 · Junio

a) Números de oxidación.

• Carbono: $0$ en el C (elemento) y $+4$ en el CO₂: se oxida.
• Cloro: $+7$ en el KClO₄ ($+1 + x + 4\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +7$) y $-1$ en el KCl: se reduce.

El K ($+1$) y el O ($-2$) no cambian. Así que cambian los estados de oxidación del carbono (de 0 a +4) y del cloro (de +7 a −1).

b) Semirreacción de reducción (el perclorato es el oxidante):$$\text{ClO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 8\,e^- \rightarrow \text{Cl}^- + 4\,\text{H}_2\text{O}$$Semirreacción de oxidación (el carbono es el reductor):$$\text{C} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CO}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-$$Igualar electrones. Se multiplica la oxidación por 2 (8 electrones en cada una) y se suman:$$\text{ClO}_4^- + 8\,\text{H}^+ + 2\,\text{C} + 4\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Cl}^- + 4\,\text{H}_2\text{O} + 2\,\text{CO}_2 + 8\,\text{H}^+$$Los 8 H⁺ y las 4 H₂O se cancelan. Ecuación iónica:$$2\,\text{C} + \text{ClO}_4^- \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + \text{Cl}^-$$Ecuación molecular, añadiendo el K⁺ como ion espectador:$$2\,\text{C}(s) + \text{KClO}_4(s) \rightarrow 2\,\text{CO}_2(g) + \text{KCl}(s)$$c) Moles de CO₂. Con $T = 25 + 273 = 298\ \text{K}$:$$n(\text{CO}_2) = \frac{PV}{RT} = \frac{1\ \text{atm}\cdot 195\ \text{L}}{0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot 298\ \text{K}} = 7{,}98\ \text{mol}$$Carbono puro que ha reaccionado. Según la ecuación, 2 mol de C dan 2 mol de CO₂ (relación 1 : 1):$$m(\text{C}) = 7{,}98\ \text{mol CO}_2\cdot\frac{2\ \text{mol C}}{2\ \text{mol CO}_2}\cdot 12{,}0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 95{,}8\ \text{g}$$Pureza (suponiendo que todo el carbono reacciona, rendimiento del 100 %):$$\text{pureza} = \frac{95{,}8\ \text{g}}{120\ \text{g}}\cdot 100 = 79{,}8\ \%$$d) Las combustiones son reacciones redox. En una combustión habitual, el combustible (carbón, hidrocarburos, materia orgánica) reacciona con el oxígeno del aire. El carbono del combustible aumenta su número de oxidación (por ejemplo, de 0 en el C o de −4 en el CH₄ a +4 en el CO₂): se oxida, actúa como reductor y cede electrones. El oxígeno pasa de 0 en el O₂ a −2 en el CO₂ y el H₂O: se reduce y actúa como oxidante. Ejemplo:$$\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$$Como hay transferencia de electrones del combustible al comburente, sí, son procesos redox (muy exotérmicos, que necesitan una energía de activación inicial, una chispa o una llama). En los fuegos artificiales el oxidante no es el O₂ sino el perclorato, que se reduce a cloruro.