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BLOQUE IV: EQUILIBRIO REDOXPRIMERA PARTE
Prof. Dr. Mª del Carmen Clemente Jul
Ox1 + ne- Red1 REDUCCIÓN
Red2 Ox2 + ne- OXIDACIÓN
Ox1 + Red2 Red1 + Ox2 EQUILIBRIO REDOX
OXIDANTE: AGENTE QUE CAPTA e- (Ox1, Ox2)
REDUCTOR: AGENTE QUE DONA e- (Red1, Red2)
OBJETIVOS
- DIFERENCIAR OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN
- DISTRINGUIR AGENTES OXIDANTES Y REDUCTORES
- CONOCER EL SIGNIFICADO DE PARES CONJUGADOS REDOX
EN LA COMBUSTIÓN DEL CARBÓN SE EMITE SO2
S + O2 SO2
OXIDACIÓN S0 S4+ +4e- PAR CONJUGADO S4+/S0
REDUCCIÓN O20 + 2e- O2
2- PAR CONJUGADO O20/O2
2-
AGENTES OXIDANTES S4+ Y O20
AGENTES REDUCTORES S0 Y O22-
NÚMERO DE OXIDACIÓN = Nº CARGAS DEL ÁTOMO AL SER TRANSFERIDOS SUS ELECTRONES
• ELEMENTOS LIBRES Nº OXIDACIÓN 0
• OXÍGENO “ -2
• “ (H2O2; O22-) “ -1
• HIDRÓGENO “ +1
• “ (HLi etc) “ -1
• FLUOR “ -1
• CLORO, BROMO Y YODO (HALUROS) “ -
• “ “ “ (OXOACIDOS) “ +
• “ “ “ (OXOANIONES) “ +
• IONES COMPUESTOS DE UN SOLO ATOMO CARGA IÓN
• IONES POLIATÓMICOS
• MOLÉCULA NEUTRA
Li2O O = -2 2y -2 = 0 y = +1 (Li)
PF3 F = -1 y +3(-1) = 0 y = +3 (P)
HNO3 O = -2 H = + 1 +1+y+3(-2) = 0 y = +5 (N)
Cr2O72- O = -2 2y + 7(-2) = -2 y = +6 (Cr)
OBJETIVO: CALCULAR EL ESTADO DE OXIDACIÓN DE LAS ESPECIES QUÍMICAS
∑∑
=
=
0OXIDn
IONCARGAOXIDno
o
OBJETIVO: AJUSTAR REACCIONES REDOX
AJUSTAR LA OXIDACIÓN DE Fe2+ A Fe3+ POR IONES Cr2O72- QUE
PASAN A Cr3+ EN MEDIO ÁCIDO (ANÁLISIS QUÍMICO DEL HIERRO EN MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN)
1. FORMULAR LAS SEMIRREACCIONES DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN EN FORMA IÓNICA
Fe2+ Fe3+ Cr2O72- Cr3+
2. BALANCEAR LOS ÁTOMOS, EL O CON H2O Y EL H CON H+
Cr2O72- + 14H+ 2Cr3+ + 7H2O
3. AGREGAR LOS e- NECESARIOS A AMBOS LADOS DE LAS SEMIRREACCIONES
Fe2+ Fe3+ + 1e- Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O
4. IGUALAR EL Nº DE e- EN LAS DOS SEMIRREACCIONES
6xFe2+ 6Fe3+ + 6e-
5. SUMAR LAS DOS SEMIRREACCIONES, BALANCEAR YCANCELAR LOS e- A AMBOS LADOS
6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
6. VERIFICAR QUE EL EQUILOBRIO REDOX CONTENGA A AMBOS LADOS EL MISMO TIPO Y NÚMERO DE ÁTOMOS Y LAS MISMAS CARGAS
(4.1.1 Y 4.1.6)
4.1.3 (4.1.4)
MnO + PbO2 + HNO3 Pb(NO3)2 + HMnO4 + H2O
ETAPAS 1,2 Y 3:
MnO + 3H2O MnO4- + 6H+ + 5e-
PbO2 + 2HNO3 + 2H+ + 2e- Pb(NO3)2 + 2H2O
ETAPAS 4 Y 5:
2 x (MnO + 3H2O MnO4- + 6H+ + 5e-)
5 x (PbO2 + 2HNO3 + 2H+ + 2e- Pb(NO3)2 + 2H2O)
2MnO + 6H2O + 5PbO2 + 10HNO3 + 10H+ 2MnO4- + 12H+ +
+ 5Pb(NO3)2 + 10H2O
2HMnO4
2H+
4H2O
4.1.2
Cr2O72- + H2O2 + H+ Cr3+ + H2O + O2
1. Cr2O72- 2Cr3+
H2O2 O2
2. Cr2O72- + 14H+ 2Cr3+ + 7H2O
H2O2 O2 + 2H+
3. Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O
H2O2 O2 + 2H+ + 2e-
4 y 5.
2x (Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O) x 1
6x (H2O2 O2 + 2H+ + 2e-) x 3
Cr2O72- + 14H+ + 3H2O2 3O2 + 6H+ +2Cr3+ + 7H2O + 8H+
AJUSTE IÓN-ELECTRÓN EN MEDIO BÁSICO
MnO4- + I- MnO2 + I2
1) MnO4- MnO2
I- I22) MnO4
- + 4H+ MnO2 + 2H2O
2I- I23) MnO4
- + 4H+ + 4OH- MnO2 + 2H2O + 4OH-
4H2O
4) MnO4- + 2H2O MnO2 + 4OH-
AJUSTE IÓN-ELECTRÓN EN MEDIO BÁSICO
5) 2I- I2 + 2e-
MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 4OH-
6) 6I- 3I2 + 6e-
2MnO4- + 4H2O + 6e- 2MnO2 + 8OH-
7) 6I- + 2MnO4- + 4H2O 3I2 + 2MnO2 + 8OH-
4.1.5
P4 + OH- + H2O PH3 + H2PO2-
P4 + 12H2O + 12e- 4PH3 + 12OH-
3x (P4 + 8OH- 4H2PO2- + 4e-)
P4 + 12H2O + 3P4 + 24OH- 4PH3 + 12OH- + 12H2PO2-
4P4 12OH-
VOLUMETRÍAS REDOX (PERMANGANIMETRÍA DEL HIERRO)
TITULANTE: FORMA OXIDADA MnO4-
ANALITO: FORMA REDUCIDA Fe2+
ETAPAS
INICIAL: Mn2+, Fe3+, Fe2+, In red
PUNTO DE EQUIVALENCIA: Mn2+, Fe3+, In red
DESPUÉS DEL PUNTO DE EQUIVALENCIA: Mn2+, Fe3+, In ox
+MnO4-
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
SEMIRREACCIÓN DEL TITULANTE: MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + H2O
“ “ ANALITO: Fe2+ Fe3+ +1e-
4.24
ALAMBRE DE Fe + H2SO4 Fe2+ + SO42- + 2H+
0,2 g +KMnO4 (35,8 cc; 0,1N; f = 0,996)
Fe3+
CÁLCULO DE LA RIQUEZA DE HIERRO DE ALAMBRE
PARA CALCULAR LOS GRAMOS DE Fe2+ :
a) AJUSTAR LA REACCIÓN DE SU VALORACIÓN CON KMnO4
5 Fe2+ + MnO4+ + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
b) EN EL PUNTO FINAL DE LA VALORACIÓN (P.E):
Nº EQUIVALENTES KMnO4 = Nº EQUIVALENTES Fe2+
(RECORDAR 1 eq gr (KMnO4) = Pm (KMnO4)g / 5; 1eq gr (Fe2+)
= Pa(Fe)g / 1
100xFeg
Feg100xINICIALESFegDISUELTOFegRIQUEZA%
2+
==
4.24. Cont.
b)
%5,99100x2,0
199,0RIQUEZA%
g199,0Fegeq1
g85,55L
geq)996,01,0(mL1000
L1mL8,35Feg
1gFePa
Fegeq1FegfL
geq)KMnO(NL)KMnO(V
22
22
44
==
=××××=
×=××
++
++
4.29. OBJETIVO: CALCULAR EL VOLUMEN DE KMnO4 NECESARIO PARA VALORAR NITRITO POTÁSICO
LA REACCIÓN DE VALORACIÓN ES:
NITRITO POTÁSICO + PERMANGANATO POTÁSICO + ACIDO SULFURICO NITRATO POTÁSICO + OTROS
a) AJUSTAR EL PROCESO REDOX MOLECULAR
5 x (NO2- + H2O NO3
- + 2H+ + 2e-)
2 x (MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O)
2MnO4- + 5NO2
- + 5H2O +16H+ 2Mn2+ + 5NO3- + 10H+ +8H2O
6H+ 3H2O
AÑADIR LOS IONES SO42- (3 EN EL PRIMER MIEMBRO PARA LOS 6H+)
2 “ “ SEGUNDO MIEMBRO PARA 2Mn2+)
1 “ “ “ “ PARA 2K+)
2MnO4- + 5NO2
- + 3H2SO4 2MnSO4 + 5KNO3 + 3H2O + K2SO4
4.29. Cont.
b) CALCULAR Peq OXIDANTE Y Peq REDUCTOR
• OXIDANTE: KMnO4;
• REDUCTOR: KNO2;
c) VALORACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN QUE CONTIENE 1,5 g KNO2 CONKMnO4 0,01M
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE KMnO4 NECESARIO PARA VALORAR
EN EL PUNTO FINAL (P.E): NÚMERO EQUIVALENTES KMnO4 = NÚMERO EQUIVALENTES KNO2
V KMnO4 x N KMnO4 = nº eq KNO2 =
= V KNO2 x N KNO2
g6,315
g158n
g)KMnO(Pm)KMnO(Peq 44 ===
g55,452
g1,81n
g)KNO(Pm)KNO(Peq 22 ===
( )mL700
Leq5M01,0
g55,45geq1KNOg5,1
KMnONKNOESEQUIVALENTºnKMnOV
2
4
24 =
•
•==
PRÁCTICA: VOLUMETRÍA DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
OBJETIVO: DETERMINAR CUANTITATIVAMENTE LARIQUEZA DE NaNO2
BURETA: NaNO2 (2,5 g EN 500 cm3)
ERLENMEYER: KMnO4 (0,02M; 20 cm3) EN MEDIO H2SO4 (10cm3)
NO2- + H2O NO3
- + 2H+ + 2e- OXIDACIÓN
MnO4- + 8H+ +5e- Mn2+ + 4H2O REDUCCIÓN
2MnO4- +5NO2
- +5H2O +16H+ 5NO3- + 2Mn2+ +8H2O +10H+
2KMnO4 +5NaNO2 +6H+ 5NaNO3 +2MnSO4 +3H2O +K2SO4
(3H2SO4)
5KMnOPmKMnOEq 4
4 = 2NaNOPmNaNOEq 2
2 =
FINAL DE LA VALORACIÓN: In = KMnO4
In ox In red
(MnO4-) (Mn2+)
VIOLETA INCOLORO
Peq: nº eq KMnO4 = nº eq NaNO2
V(KMnO4) x N (KMnO4) = V (NaNO2) x V(NaNO2) (1)
• CALCULAR N TEÓRICA NaNO2:
• CALCULAR N EXPERIMENTAL NaNO2: A PARTIR DE (1)
• CALCULAR CONCENTRACION EXPERIMENTAL EN g/L NaNO2
• CALCULAR LA RIQUEZA NaNO2
5e-
g)2/Pm(Eq
L5,0g5,2 •
100INICIALESNaNOg
VALORADOSNaNOgRIQUEZA%2
2 •=
4.25
PERMANGANATO POTÁSICO + NITRITO POTÁSICO DIÓXIDO DE MANGANESO + NITRATO POTÁSICO + HIDRÓXIDO POTÁSICO
DATOS KMnO4 (20 mL: 1,645 g en 250 mL de H2O)
KNO2 (25 mL)
CALCULAR LA NORMALIDAD DEL KNO2 Y SU MOLARIDAD
a) MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 40H- REDUCCIÓN
NO2- + 2OH- NO3
- + H2O + 2e- OXIDACIÓN
2MnO4- + 4H2O + 3NO2
- + OH- 2MnO2 + 8H+ + 3NO3- + 3H2O
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O 2MnO2 + 3KNO3 + 2KOH
b)
c) Peq: eq KMnO4 = eq KNO2; V KMnO4 x N KMnO4- = V KNO2 x N KNO2
7,523
16x41,399,54n
PmKMnOEq 4 =++
==
M05,021,0
nNM;1,0N;xN251255,0x20
L/eq1255,0g7,52
eq1L25,0g645,1KMnON 4
=====
=•=
4.18.
CLORURO DE POTASIO + PERMANGANATO DE POTASIO + H2SO4
CLORO + OTROS
a) AJUSTAR LA ECUACIÓN REDOX MOLECULAR
5 x 2Cl- Cl2 + 2e-
2 x MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
10Cl- + 2MnO4- + 16H+ 5Cl2 + 2Mn2+ + 8H2O
- AJUSTAR LOS IONES SO4= :
• PRIMER MIEMBRO 8 IONES SO42- PARA COMBINAR
CON 16 H+
• SEGUNDO MIEMBRO 2 IONES SO42- PARA COMBINAR
CON 2Mn2+ 6 IONES SO42- PARA COMBINAR CON K+
10Cl- + 2MnO4- + 8H2SO4 5Cl2 +2MnSO4 +8H2O +6SO4
2-
4.18. Cont
- AJUSTAR LOS IONES K+ (PARA FORMAR KCl Y KMnO4 EN EL PRIMER MIEMBRO Y K2SO4 EN EL SEGUNDO MIEMBRO)
10KCl +2KMnO4 +8H2SO4 2MnSO4 + 5Cl2 +8H2O +6K2SO4
b) CALCULAR EL EQUIVALENTE DEL CLORO
( ) g45,352
g2x45,35n
gClPmClEq 22 ===
4.18. Cont.
c) CALCULO DEL VOLUMEN DE KMnO4 0,02M PARA PRODUCIR 25 L DE Cl2 (g) A 740 mmHg Y 25 ºC (RENDIMIENTO EN LA RECUPERACIÓN DEL Cl2 (g) = 80 %)
EN EL PROCESO REDOX GLOBAL: eq DE KMnO4 = eq DE KCl = eq DE Cl2PARA CALCULAR LOS eq DE Cl2 UTILIZAR
SI EL RENDIMIENTO DE RECUPERACIÓN ES EL 80% LOS MOLES DE Cl2PRODUCIDOS SON:
RTpVn =
MOLES996,0K)25273(
MOLKL.atm082,0
L25mmHg760atm1mmHg740
)ClDEMOLES(n 2 =+
••=
L9,24
Leq1,0
eq49,2L)KMnO(V
Leq)502,0(LKMnOVeq49,2CleqKMnOeq
Cleq49,22x245,1MOLES245,18,0
996,0
4
424
2
==
••===
===
4.28.
K2Cr2O7 + HCl Cl2 + OTROS
0,6 L; 2N 600 mL
ρ = 1,05 g/mL riqueza = 20%
a) AJUSTAR EL PROCESO REDOX
Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O
3 x ( 2Cl- Cl2 + 2e-)
Cr2O72- + 6Cl- +14H+ 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O
b) CALCULAR VOLUMEN DE Cl2 OBTENIDO (RENDIMIENTO 80 %)
• CALCULO DE LOS eq gr DE K2Cr2O7
• CÁLCULO DE LOS eq gr DE HCl (Pm HCl = 36,5)
eq2,1Leq2L6,0OCrKgreq 722 =•=
L/eq18,112,0g
25,36geq1
L1mL1000
mLg05,1HClN =•••=
4.28 Cont
b)
HAY UN EXCESO DE HCl FRENTE AL DICROMATO LUEGO LOS 1,2 eq gr K2Cr2O7 SON LIMITANTES DE LA REACCIÓN REDOX PRODUCIENDO 1,2 eq gr DE Cl2 Ó 0,6 MOLES DE Cl2
eq71,6Leq18,11
mL1000L1mL600HClgreq =••=
( )
CNenL7,11atm1
K298KmolatmL082,0moles8,06,0
pnRTClV 2
=
=•••
==