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1
Modelo 2018. Pregunta 5B.- Cuando el yodo molecular reacciona con el ácido nítrico se produce HIO3, dióxido de nitrógeno y agua.
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción que tienen lugar. b) Escriba, ajustadas, la reacción iónica global y la reacción molecular global. c) Calcule el volumen de ácido nítrico del 65% de riqueza en masa y densidad 1,5 g·cm–3 que reacciona con 25,4
g de yodo molecular. d) Calcule el volumen de dióxido de nitrógeno gaseoso que se produce con los datos del apartado anterior,
medido a 20 ºC y 684 mm de Hg. Datos. R = 0,082 atm·L·K‒1·mol‒1. Masas atómicas: H = 1; N = 14; O = 16; I =127. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. Reacción sin ajustar:
OHNOHIOHNOI 22332 ++→+
Los átomos que cambian de valencia son: ( )
( ) ( )
→
→−
−
+
−
Reducción IVNVN
Oxidación VIIe
e50
Semireacciones iónicas sin ajustar:
23
32
NONOreducción deón Semireacci
IOIoxidación deón Semireacci
→
→−
−
Se ajusta en medio ácido. Se empieza por ajustar el yodo:
23
32
NONOreducción deón Semireacci
IO2Ioxidación deón Semireacci
→
→−
−
Se ajusta el oxigeno sumando en el miembro donde falta oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten:
OHNONOreducción deón Semireacci
IO2OH6Ioxidación deón Semireacci
223
322
+→
→+−
−
Se ajusta el hidrógeno sumando protones donde falte hidrógeno:
OHNOH2NOreducción deón Semireacci
H12IO2OH6Ioxidación deón Semireacci
223
322
+→+
+→++−
+−
Por último, se ajustan las cargas sumando electrones donde halla exceso de carga positiva o defecto de carga negativa, obteniendo las semireacciones iónicas ajustadas en masa y en carga:
OHNOeH2NOreducción deón Semireacci
e10H12IO2OH6Ioxidación deón Semireacci
223
322
+→++
++→+−+−
−+−
b. Se combinan las semireacciones de oxidación y reducción para eliminar los electrones:
( )+−+−
−+−
−+−
+++→+++
+→++×
++→+
H12OH10NO10IO2H20OH6NO10Iglobal iónca acciónRe
OHNOe2H2NO10reducción deón Semireacci
e10H12IO2OH6I oxidación deón Semireacci
223232
223
322
Simplificando se obtiene la reacción iónica global. A la hora de simplificar, debemos tener en cuenta los protones que necesitaremos en cada miembro para formar los ácidos, en el primer miembro se van a formar 10 moléculas de ácido nítrico y en el segundo miembro, 2 de ácido yódico, por lo que se podrán simplificar 10 protones de cada miembro
OH4H2NO10IO2H10NO10I 22332 +++→++ +−+− La reacción molecular global se obtiene transformando los iónes en ácidos.
OH4NO10HIO2HNO10I 22332 ++→+
2
c. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción y utilizando factores de conversión:
( )( ) ( )
( )3
HNO
HNO3
3
HNO
3
3
2
3
2
223 cm 6,64
sd g 5,1
sdcm 1
HNO g 65
sd g 100
HNO mol
HNO g 63
I mol 1
HNO mol 10
I g 254
I mol 1I g 4,25HNOV
3
33 =+
+⋅
+⋅⋅⋅⋅=
d. Al igual que en el apartado anterior, por factores de conversión se calculan los moles de NO2 que se forman, y mediante la ecuación de gases ideales, el volumen que ocupan.
( ) 22
2
2
222 NO mol 1
I mol 1
NO mol 10
I g 254
I mol 1I g 4,25NOn =⋅⋅=
( )( )
L 7,26
760
684293082,01
P
RTNOnNOV 2
2 =⋅⋅
=⋅
=
Junio 2017. Pregunta B3.- Para determinar la riqueza de un mineral de cobre se hace reaccionar 1 g del mineral con una disolución de ácido nítrico 0,59 M, consumiéndose 80 mL de la disolución de ácido.
a) Escriba las semirreacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo e indique cuáles son las especies oxidante y reductora.
b) Ajuste por el método de ion−electrón la reacción global que se produce. c) Calcule la riqueza en cobre del mineral.
Datos. Eº (V): Cu2+/Cu = 0,34; NO3−/NO2 = 0,78. Masa atómica: Cu = 63,5.
Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b). Solución. a. Teniendo en cuenta los reactivos (cobre metálico y ácido nítrico) y los pares de potenciales que se dan en el enunciado, las semireacciones ajustadas en medio ácido son:
( )( ) OxidanteHNO78,0ºεOHNOe1H2NOreduccióncatódicaón Semireacci
ReductorCu34,0ºεe2CuCuoxidaciónanódicaón Semireacci
3223
2
≡=+→++
≡−=+→−+−
−+
b. Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones.
( ) v44,0ºεOH2NO2CuH4NO2Cuglobal iónicaReacción
v78,0ºεOHNOe1H2NO2catódicaón Semireacci
v34,0ºεe2CuCuanódicaón Semireacci
222
3
223
2
=++→++
=+→++⋅
−=+→
++−
−+−
−+
Por tanteo se obtiene la ecuación molecular global, teniendo en cuenta que el ácido nítrico actúa como oxidante y como acidulante, y por tanto habrá que utilizar 4 moléculas de ácido, de las cuales dos se transforman en
NO2 y las otras dos generan los iónes nitrato ( )−3NO actúan como iones portadores del catión Cu2+.
( ) OH2NO2NOCuHNO4Cuglobalmolecular Reacción 22233 ++→+
c. Se calcula la masa de cobre que ha reaccionado mediante factores de conversión partiendo del ácido nítrico utilizado.
( ) ( )( )
Cu g 75,0Cu mol
Cu g 5,63
HNO mol 4
Cu mol 1
sdL
HNO mol 59,0sdL1080Cum
3
33≈⋅⋅
+⋅+×=
−
( )( )
%751001
0,75100
mineralm
CumCuen Riqueza =⋅=⋅=
Septiembre 2016. Pregunta 1B.- Ajuste las siguientes reacciones redox en sus formas iónica y molecular, especificando en cada caso cuáles son las semirreacciones de oxidación y reducción:
a) KMnO4 + HCl + SnCl2 → MnCl2 + SnCl4 + KCl + H2O b) HNO3 + H2S → S + NO + H2O
Puntuación máxima por apartado: 1 punto Solución. a. Se identifica el número de oxidación de cada átomo para saber cuales son los que intercambian electrones.
22
1114
142
122
12114
271OH ClK ClSn ClMn ClSn ClH OMnK−+−+−+−+−+−+−++
+++→++
3
( ) ( )
( ) ( )IVSnIISn
IIMnVIIMne2
e5
→
→−
−
−
+
Se plantean las semireacciones iónicas sin ajustar:
++
+−
→
→42
24
SnSn
MnMnO
Teniendo en cuenta que la reacción se lleva a cabo en medio ácido, se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde haya defecto de oxígeno tantas moleculas de agua como átomos de oxígeno haya en defecto.
++
+−
→
+→42
22
4
SnSn
OH4MnMnO
Se ajusta el hidrógeno sumando protones en el medio donde haya defecto de hidrógeno.
++
++−
→
+→+42
22
4
SnSn
OH4MnH8MnO
Se ajustan las cargas sumando electrones donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa
−++
+−+−
+→
+→++
e2SnSn
OH4Mne5H8MnO42
22
4
Se identifican los procesos (Reducción ≡ ganancia de electrones; oxidación ≡ perdida de electrones) y se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones
[ ][ ]
OH8Sn5Mn2Sn5H16MnO2 global iónicaReacción
e2SnSn5oxidación deón Semireacci
OH4Mne5H8MnO2reducción deón Semireacci
2422
4
422
24
++→++
+→×
+→++×
++++−
−++
+−+−
Se transforma la ecuación a molecular
KCl2OH8SnCl5MnCl2HCl16SnCl5KMnO2globalmolecular Reacción 24224 +++→++
b. Número de oxidación:
22
122022
13
251OHONSSHONH−+−+−+−++
++→+
( ) ( )0e22
e3
SS
IINVN
→
→−
−
−−
+
Semireacciones iónica. Teniendo en cuenta que ni óxidos ni elementos forman iónes.
SS
NONO2
3
→
→−
−
Al igual que en el apartado a, se ajusta el oxígeno teniendo en cuenta que es medio ácido.
SS
OH2NONO2
23
→
+→−
−
Se ajusta el hidrógeno con protones.
SS
OH2NOH4NO2
23
→
+→+−
+−
Se ajustan las cargas sumando electrones.
4
−−
−+−
+→
+→++
e2SS
OH2NOe3H4NO2
23
Se identifican los procesos y se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones
[ ][ ]
OH4S3NO2S3H8NO2 global ionicaReacción
e2SS3oxidación deón Semireacci
OH2NOe3H4NO2reducción deón Semireacci
22
3
223
++→++
+→×
+→++×
−+−
−−
−+−
Se transforma la ecuación a molecular
OH4S3NO2SH3HNO2globalmolecular Reacción 223 ++→+
Junio 2016. Pregunta B4.- Se hacen reaccionar KClO3, CrCl3 y KOH, produciéndose K2CrO4, KCl y H2O.
a) Formule las semirreacciones que tienen lugar, especificando cuál es el agente oxidante y cuál el reductor y ajuste la reacción iónica.
b) Ajuste la reacción molecular. c) Ajuste la semirreacción Cr2O7
2−/Cr3+ en medio ácido y justifique si una disolución de K2Cr2O7 en medio ácido es capaz de oxidar un anillo de oro.
Datos. Eº (V): Au3+
/Au = 1,50; Cr2O72−
/Cr3+
= 1,33. Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b). Solución. a. Reacción redox en medio básico. Reacción sin ajustar:
OHKClCrOKKOHCrClKClO 24233 ++→++
Elementos que cambian de valencia:
( )
( ) ( ) 3e3
3e6
CrClductorReoxidación de ProcesoVICrIIICr
KClOOxidantereducción de ProcesoClVCl
≡ →
≡ →−
−
−
−+
Semireacciones iónicas sin ajustar
−+
−−
→
→24
33
CrOCroxidación deón Semireacci
ClClOreducción deón Semireacci
Se ajusta el oxígeno y el hidrógeno teniendo en cuenta que el medio es básico, y por lo tanto, en el termino donde haya exceso de oxígeno se suman tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno haya en exceso con la intención de igualar el exceso de oxigeno e hidrogeno y de esa forma poder ajustar sumando OH‒ en el otro miembro.
OH4CrOCroxidación deón Semireacci
ClOH3ClOreducción deón Semireacci
224
323
+→
→+−+
−−
OH4CrOOH8Croxidación deón Semireacci
OH6ClOH3ClOreducción deón Semireacci
224
323
+→+
+→+−−+
−−−
Se ajustan las cargas, sumando electrones en el término donde halla exceso de carga positiva o defecto de carga negativa
44 344 2144 344 21
448447644 844 76
2
224
5
3
71
23
OH4CrOOH8Cr
OH6ClOH3ClO
−
−
−
−+
−
−−
−
−
+→+
+→+
−−−+
−−−−
++→+
+→++
e3OH4CrOOH8Croxidación deón Semireacci
OH6Cle6OH3ClOreducción deón Semireacci
224
323
Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones
5
( )−−−−+−
−−−+
−−−−
+++→+++
++→+×
+→++
OH6OH8CrO2ClOH3OH16Cr2ClOglobal iónicaReacción
e3OH4CrOOH8Cr2oxidación deón Semireacci
OH6Cle6OH3ClOreducción deón Semireacci
2242
33
224
323
Se simplifican los compuestos que estén repetidos en los dos miembro
OH5CrO2ClOH10Cr2ClOglobal iónicaReacción 224
33 ++→++ −−−+−
b. Por tanteo se llega a la ecuación molecular
OH5CrOK2KCl7KOH10CrCl2KClOmolecularReacción 24233 ++→++
c. Ajuste en medio ácido:
+− → 3272 Cr2OCr
Se ajusta el oxígeno sumando en el término donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten.
OH7Cr2OCr 232
72 +→ +−
Se ajusta el hidrógeno sumando en el término donde falte hidrógeno tantos protones como átomos de hidrógeno falten.
OH7Cr2H14OCr 232
72 +→+ ++−
Se ajustan las cargas sumando las cargas de cada miembro por separado y sumando electrones en el término donde haya defecto de carga negativa o exceso de carga positiva.
44 844 7644 844 76 6
23
12
272 OH7Cr2H14OCr
+
+
+
+− +→+
OH7Cr2e6H14OCr 232
72 +→++ +−+−
Para que un proceso redox sea espontáneo, su potencial tiene que ser positivo. La oxidación del oro con una disolución de dicromato, requiera la reducción del dicromato a cromo (III) (proceso catódico) y la oxidación del oro a oro (III)(proceso anódico)
( ) ( ) ( ) ( ) 017,050,133,1AuAuºECrH,OCrºEánodoºEcátodoºEºE 33242 <−=−=−=−= +++−
La oxidación del oro con dicromato potásico no es espontánea, la disolución de dicromato no es capaz de oxidar el anillo de oro. Modelo 2016. Pregunta 5B.- En medio ácido clorhídrico, el clorato de potasio reacciona con cloruro de hierro(II) para dar cloruro de hierro(III) y cloruro de potasio, entre otros.
a) Escriba y ajuste la reacción molecular global. b) Calcule la masa de agente oxidante sabiendo que para su reducción completa se emplean 40 mL de una
disolución de cloruro de hierro(II) 2,5 M. Datos. Masas atómicas: O = 16,0; K = 39,0; Cl = 35,5 Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución. a. Formulación de la reacción sin ajustar:
KClFeClHClFeClKClO 323 +→++
Elementos que cambian de valencia.
( ) ( )
( )Oxidación FeFe
Reducción ClVCl3e2
e6
+−+
−+
→
→−
−
Semireacciones iónicas sin ajustar:
++
−−
→
→32
3
FeFeoxidación deón Semireacci
ClClOreducción deón Semireacci
6
Se ajusta el oxigeno. Por ser en medio ácido, donde haya defecto de oxígeno se suman tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno haya en defecto.
++
−−
→
+→32
23
FeFeoxidación deón Semireacci
OH3ClClOreducción deón Semireacci
Se ajusta el hidrógeno. Donde haya defecto de hidrógeno se suman tantos protones como átomos de hidrógeno haya en defecto.
++
−+−
→
+→+32
23
FeFeoxidación deón Semireacci
OH3ClH6ClOreducción deón Semireacci
Se ajuntan las cargas sumando electrones en el miembro necesario, donde haya exceso de carga positiva o donde haya defecto de carga negativa.
−++
−−+−
+→
+→++
eFeFeoxidación deón Semireacci
OH3Cle6H6ClOreducción deón Semireacci32
23
Se combinan linealmente las ecuaciones para eliminar los electrones.
( )OH3ClFe6H6Fe6ClOglobal iónicaReacción
eFeFe6 oxidación deón Semireacci
OH3Cle6H6ClOreducción deón Semireacci
232
3
3223
++→++
+→×
+→++
−+++−
−++
−−+−
Por tanteo se transforma la reacción iónica global a molecular
OH3KClFeCl6HCl6FeCl6KClO 2323 ++→++
b. El agente oxidante es la especie química que se reduce ≡ KClO3.
Masa molecular = 39 + 35,5 + 3×16 = 122,5 g/mol Por factores de conversión:
( ) 33
3
2
3
sd
2
sd
sdsd3 KClO g 04,2
KClO mol
KClO g 5,122
FeCl mol 6
KClO mol 1
L 1
FeCl mol 5,2
mL 1000
L 1mL 40KClOm =⋅⋅⋅⋅=
++
++
Septiembre 2015. Pregunta 5B.- El permanganato de potasio actúa como oxidante en medio ácido, dando como producto Mn2+. Por el contrario, como oxidante en medio básico el permanganato de potasio da como producto MnO2.
a) Ajuste las semirreacciones del anión permanganato como oxidante en medio ácido y en medio básico. b) Razone qué medio es necesario (ácido o básico) si se quiere usar permanganato de potasio para oxidar una
barra de plata. c) De acuerdo con los resultados del apartado anterior, calcule qué volumen de una disolución de permanganato
de potasio 0,2 M es necesario para oxidar 10,8 g de plata metálica. Datos. Eº (V): Ag+/Ag = 0,80; MnO4
–/Mn2+ = 1,51; MnO4–/MnO2 = 0,59. Masa atómica Ag = 108.
Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b). Solución. a. En medio ácido:
+− → 24 MnMnO
Se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde haya defecto, tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten
OH4MnMnO 22
4 +→ +−
Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde haya defecto, tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno falten
OH4MnH8MnO 22
4 +→+ ++−
Se ajustan las cargas sumando electrones donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa, obteniendo la ecuación iónica ajustada
OH4Mne5H8MnO 22
4 +→++ +−+−
7
En medio básico:
24 MnOMnO →−
El oxigeno y el hidrógeno se ajustan simultáneamente en dos pasos. En el miembro donde haya exceso de oxígeno, se suman tantas moléculas de oxígeno como átomos de oxigeno haya en exceso.
224 MnOOH2MnO →+−
Se ajusta el oxígeno e hidrógeno sumando oxidrilos en el miembro donde falten. −− +→+ OH4MnOOH2MnO 224
Se ajustan las cargas sumando electrones donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa, obteniendo la ecuación iónica ajustada
−−− +→++ OH4MnOe3OH2MnO 224
b. Para que un proceso red-ox sea espontáneo, su potencial global debe ser positivo, teniendo en cuenta que la oxidación de la plata tiene un potencial de ‒0,80v, para poder llevar a cabo el proceso se deberá de elegir una reducción cuyo potencial sea superior a 0,80v. Según los datos de potencial de reducción del permanganato en ambos medios, para poder oxidar la plata usando permanganato, se deberá llevar a cabo en medio ácido.
( ) v0,71Eº OH4Ag5MnAg5H8MnO
v 80,0 eAgAg5
v 51,1OH4Mne5H8MnO
22
4
22
4
=++→++
−+→×
+→++
+++−
−+
+−+−
c. Teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos de la reacción iónica global, y usando factores de conversión:
( )( )
L 1,0KMnO mol 2,0
sd L 1
Ag mol 5
KMnO mol 1
Ag g 108
Ag mol 1Ag g 8,10KMnOV
4
KMnO44
4 =+
⋅⋅⋅=
Septiembre 2015. Pregunta 3A.- Una disolución de ácido nítrico concentrado oxida al zinc metálico, obteniéndose nitrato de amonio y nitrato de cinc.
a) Ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción de este proceso, y la reacción molecular global. b) Calcule la masa de nitrato de amonio producida si se parte de 13,08 g de Zn y 100 mL de ácido nítrico
comercial, que posee un 68% en masa de ácido nítrico y una densidad de 1,12 g·mL–1. Datos. Masas atómicas: H = 1,0; N = 14,0; O = 16,0; Zn = 65,4. Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto. Solución. a. Reacción sin ajustar: ( )23343 NOZnNONHZnHNO +→+
Elementos que cambian su número de oxidación: ( )
→
→+−
−+
2e0
3e
ZnZn
NVN
Semireacciones iónicas sin ajustar:
+−
+
→
→
43
2
NHNO:reducción deón Semireacci
ZnZn:oxidación deón Semireacci
Se ajusta el oxígeno añadiendo en el miembro donde falte, tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten
OH3NHNO:reducción deón Semireacci
ZnZn:oxidación deón Semireacci
243
2
+→
→+−
+
Se ajusta el hidrógeno añadiendo en el miembro donde falte, tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno falten
OH3NHH10NO:reducción deón Semireacci
ZnZn :oxidación deón Semireacci
243
2
+→+
→++−
+
Se ajustan las cargas sumando electrones.
8
OH3NHe8H10NO:reducción deón Semireacci
e2ZnZn :oxidación deón Semireacci
243
2
+→++
+→+−+−
−+
Se combinan las dos semireacciones para eliminar entre las dos los electrones, obteniendo la reacción iónica global.
( )
OH3NHZn4H10NOZn4global iónica accionRe
OH3NHe8H10NO:reducción deón Semireacci
e2ZnZn4 :oxidación deón Semireacci
242
3
243
2
++→++
+→++
+→×
+++−
+−+−
−+
Para obtener la reacción molecular global se transforman los iones en compuestos. En este caso hay que
utilizar 10 moléculas de ácido nítrico. De las 10 moléculas de HNO3, una se reduce a amonio ( )+4NH y las restantes
actúan de ión portador formando sales. ( ) OHNONHNOZn4HNO10Zn4global molecular Reacción 234233 ++→+
b. Reactivo limitante: se comparan las fracciones formadas por el número de moles inicial de cada reactivo y su respectivo coeficiente estequiométrico, la menor será la del reactivo limitante.
( )( )
mol 2,04,65
08,13
M
gmZnn o ===
( ) ( )( )
( ) ( ) 33
33o3 HNO mol 21,1
HNO g
HNO mol 1
sd g
HNO g 68
sd mL
sd g 12,1sd mL 100HNOn =⋅
+⋅
+
+⋅+=
( ) ( )121,0
10
21,1
10
HNOn05,0
4
2,0
4
Znn 3o ==<== ⇒ Reactivo limitante ≡ Zn
Los cálculos estequiométricos se hacen a partir del Zn.
( ) 3434
343434 NONH g 4
NONH mol 1
NONH g 80
Zn mol 4
NONH mol 1Zn mol 2,0NONHm =⋅⋅=
Junio 2015. Pregunta 1B.- Ajuste las siguientes reacciones redox en sus formas iónica y molecular, especificando en cada caso cuáles son las semirreacciones de oxidación y reducción:
a) K2Cr2O7 + HI → KI + CrI3 + I2 + H2O b) KBr + H2SO4 → K2SO4 + Br2 + SO2 + H2O
Puntuación máxima por apartado: 1 punto Solución. a. K2Cr2O7 + HI → KI + CrI3 + I2 + H2O Los elementos que cambian de valencia son:
( ) ( )IIICrVICr e3 →
−+ Reducción
0e1 II →−−− Oxidación
Semireacciones iónicas en medio ácido ajustadas:
OH7Cr2e6H14OCrreducción deón Semireacci
e2II2oxidación deón Semireacci
232
72
2
+→++
+→+−+−
−−
Para obtener la reacción iónica global, se combinan las dos semireacciones para eliminar los electrones.
( )
OH7I3Cr2H14I6OCrglobal iónicaReacción
OH7Cr2e6H14OCrreducción deón Semireacci
e2II23oxidación deón Semireacci
2232
72
232
72
2
++→++
+→++
+→×
++−−
+−+−
−−
Completando los iones se llega a la reacción molecular global, hay que tener en cuenta que el HI se va a comportar como reductor y como ácido, por lo que habrá que poner tantos como indique el número de protones (14), 6
9
de ellos se oxidarán para formar iodo molecular y el resto actuarán como ión portador formando sales en el segundo
miembro con los cationes metálicos ( )++ K ,Cr3 .
KI2OH7I3CrI2HI14OCrK 223722 +++→+
b. KBr + H2SO4 → K2SO4 + Br2 + SO2 + H2O. Los elementos que cambian de valencia son:
0e BrBr →−−− Oxidación
( ) ( )IVSVIS e2 →
−+ Reducción
Semireacciones iónicas en medio ácido ajustadas:
OH2SOe2H4SOreducción deón Semireacci
e2BrBr2oxidación deón Semireacci
2224
2
+→++
+→−+−
−−
Para obtener la reacción iónica global, se combinan las dos semireacciones para eliminar los electrones.
OH2SOBrH4Br2SOglobal iónicaReacción
OH2SOe2H4SOreducción deón Semireacci
e2BrBr2oxidación deón Semireacci
22224
2224
2
++→++
+→++
+→
+−−
−+−
−−
Para obtener la reacción molecular hay que emplear dos moléculas de ácido sulfúrico que proporcionan los cuatro protones necesarios, una molécula se reduce a SO2 y la otra forma K2SO4.
OH2SOKSOBrKBr2SOH2 2422242 +++→+
Modelo 2015. Pregunta 2B.- Dada la siguiente reacción sin ajustar: K2Cr2O7 + KCl + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Cl2 + H2O + K2SO4,
a) Indique el estado de oxidación del cromo en las dos especies químicas en las que participa, y el estado de oxidación del cloro en las dos especies químicas en las que participa. Indique la especie que se oxida y la que se reduce. Indique la especie reductora y la especie oxidante.
b) Ajuste las semireacciones que tienen lugar y la reacción molecular global. c) Calcule la cantidad máxima (en moles) de Cl2 que se puede obtener a partir de 2 moles de KCl.
Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y b); 0,5 puntos apartado c). Solución. a. En el K2Cr2O7, el número de oxidación del Cr es +6. En el Cr2(SO4)3, el número de oxidación del Cr es +3 En el KCl, el número de oxidación del Cl es ‒1 En el Cl2, el número de oxidación del Cl es 0 El K2Cr2O7 se reduce (gana electrones) y por tanto es la especie oxidante El KCl se oxida (pierde electrones) y por tanto es la especie reductora. b. Ajuste por el método ión electrón en medio ácido:
( )OH7Cl3Cr2H14Cl6OCr :global iónicaReacción
e2ClCl23 :oxidación deón Semireacci
OH7Cr2e6H14OCr :reducción deón Semireacci
2232
72
2
232
72
++→++
+→×
+→++
++−−
−−
+−+−
Reacción molecular global: K2Cr2O7 + 6KCl + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Cl2 + 7H2O + 4K2SO4
c. ( ) ( )( )( )
( )22
2 Cl mol 1KCl mol 6
Cl mol 3KCl mol 2Cln =⋅=
10
Junio 2014. Pregunta 5B.- Se lleva a cabo la valoración de 100 mL de una disolución de peróxido de hidrógeno con una disolución de permanganato de potasio de concentración 0,1 M, obteniéndose MnCl2, O2 y KCl. La reacción se lleva a cabo en medio ácido clorhídrico y se consumen 23 mL de la disolución de permanganato de potasio.
a) Indique el estado de oxidación del manganeso en el ion permanganato y en el dicloruro de manganeso, y del oxígeno en el peróxido de hidrógeno y en el oxígeno molecular. Indique la especie que se oxida y la que se reduce. Indique la especie reductora y la especie oxidante.
b) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción molecular global. c) Calcule la concentración molar del peróxido de hidrógeno empleado. d) Calcule el volumen de oxígeno molecular desprendido, medido a 700 mm Hg y 30 ºC.
Dato. R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución.
a. En el ión permanganato ( )−4MnO , el manganeso tiene número de oxidación +7.
En el dicloruro de manganeso ( )2MnCl , el manganeso tiene número de oxidación +2.
En el peroxido de hidrógeno ( )22OH , el oxígeno tiene número de oxidación ‒1.
En el oxígeno molecular ( )2O , el oxígeno tiene número de oxidación 0.
El ión −22O es el REDUCTOR y se OXIDA oxígeno molecular.
El catión Mn(VII) es el OXIDANTE y se REDUCE a manganeso (II) b. Reacción no ajustada: KClOMnClHClKMnOOH 22422 ++→++
La reacción se ajusta mediante el método ión-electrón en medio ácido.
1. Se plantean las semirreacciones de oxidación y reducción en forma iónica.
+− →
→2
4
222
MnMnO :reducción deón Semireacci
OOH :oxidación deón Semireacci
2. Ajustados todos los elementos excepto hidrógeno y oxígeno, se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten
OH4MnMnO :reducción deón Semireacci
OOH :oxidación deón Semireacci
22
4
222
+→
→+−
3. Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde falte hidrógeno tantos protones como átomos de
hidrógeno falten.
OH4MnH8MnO :reducción deón Semireacci
2HOOH :oxidación deón Semireacci
22
4
222
+→+
+→++−
+
4. Se ajustan las cargas sumando electrones en el miembro donde halla exceso de carga positiva o en el miembro
donde halla defecto de carga negativa.
OH4Mne5H8MnO :reducción deón Semireacci
2e2HOOH :oxidación deón Semireacci
22
4
222
+→++
++→+−+−
−+
5. Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones, obteniendo la reacción iónica global
( )( )
OH8H10Mn2O5H16MnO2O5H :global iónica acciónRe
OH4Mne5H8MnO2 :reducción deón Semireacci
2e2HOOH5 :oxidación deón Semireacci
22
2422
22
4
222
+++→++
+→++×
++→×
+++−
+−+−
−+
Se simplifican los protones de ambos miembros.
OH8Mn2O5H6MnO2O5H :global iónica acciónRe 22
2422 ++→++ ++−
6. Se transforman los iones en sales o ácidos, obteniendo la reacción molecular ajustada.
KCl2OH8MnCl2O5HCl6KMnO2O5H 222422 +++→++
11
c. Con los datos del enunciado y la reacción ajustada se puede calcular el número de moles de H2O2 que reaccionan, y conocido el volumen donde están contenidos, se calcula la concentración de la disolución de peroxido de hidrógeno.
2
5
KMnO
OH
4
22 = ( ) ( )422 KMnOn2
5OHn =
Teniendo en cuenta que las dos componentes están en disolución.
( ) ( ) ( ) ( )442222 KMnOVKMnOM2
5OHVOHM ⋅=⋅ ( )
( ) ( )( )22
4422 OHV2
KMnOVKMnOM5OHM
⋅
⋅⋅=
( ) Lmol0575,0
101002
10231,05OHM
3
3
22 =×⋅
×⋅⋅=
−
−
d. 2
5
KMnO
O
4
2 = ( ) ( ) ( ) ( )4442 KMnOVKMnOM2
5KMnOn
2
5On ⋅==
( ) mol1075,5L1023L
mol1,0
2
5On 33
2−−
×=×⋅=
Aplicando la ecuación de gases ideales, se calcula el volumen.
nRTVP =⋅ L 155,0atm
760
700
K 303Kmol
Latm082,0mol 1075,5
P
nRTv
3
=
⋅⋅
⋅⋅×
==
−
Modelo 2014. Pregunta 4A.- A 30 mL de una disolución de CuSO4 0,1 M se le añade aluminio metálico en exceso.
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de reducción y oxidación e indique el comportamiento oxidante o reductor de las especies que intervienen.
b) Calcule Eº y justifique si la reacción es o no espontánea. c) Determine la masa de aluminio necesaria para que se consuma todo el sulfato de cobre.
Datos. Eº(Cu2+/Cu) = 0,34 V; Eº(Al3+/Al) = −1,69 V. Masa atómica: Al = 27,0. Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos; b) 0,5 puntos. Solución. a. Reacción red-ox.
( )( )
Cu3Al23Cu2Alglobal iónicaReacción
OxidanteCuCue2Cu3reducción deón Semireacci
ductorReAle3AlAl2oxidación deón Semireacci
32
22
3
+→+
≡→+×
≡+→×
++
+−+
+
b. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) v03,269,134,0AlAlºECuCuºEAlAlºECuCuºEºE 3232 =−−=−=+= ++++
Espontánea0GnFEG
0ºE⇒<∆⇒
−=∆
>
c. Por factores de conversión:
( ) ( )( )
g 054,0Al mol
Al g 27
Cu mol 3
Al mol 2
sdL
Cu mol 1,0sdL1030Alm
2
23
=⋅⋅+
⋅+×=+
+−
12
Septiembre 2013. Pregunta A5.- El ácido clorhídrico concentrado reacciona con el dióxido de manganeso produciendo cloro molecular, dicloruro de manganeso y agua.
a) Ajuste las semirreacciones iónicas y la reacción molecular global que tienen lugar. b) Calcule el volumen de ácido clorhídrico, del 35% en masa y densidad 1,17 g·cm−3, necesario para hacer
reaccionar completamente 0,5 g de dióxido de manganeso. Datos. Masas atómicas: H = 1,0; O = 16,0; Cl = 35,5 y Mn = 55,0. Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución. a. Reacción de oxidación-reducción
OHMnClClMnOHCl 2222 ++→+
Elementos que cambian de número de oxidación:( ) ( )
→
→−
−
+
−−
IIMnIVMn
ClCle
0e
OH2MnClH4MnO2Clglobal ionicaReacción
OH2Mne2H4MnOreducción deón Semireacci
e2Cl2Cl oxidación deón Semireacci
22
22
22
2
2
++→++
+→++
+→
++−
+−+
−−
Reacción molecular global: OH2MnClClMnOHCl4 2222 ++→+
b. Por factores de conversión:
33
22
22HCl cm 05,2
sd g 17,1
sd cm 1
HCl g 35
sd g 100
HCl mol
HCl g 5,36
MnO mol 1
HCl mol 4
MnO g 87
MnO mol 1MnO g 5,0V =
+
+⋅
+⋅⋅⋅⋅=
Junio 2013. Pregunta 4B.- El sulfuro de cobre (II) reacciona con ácido nítrico, en un proceso en el que se obtiene azufre sólido, monóxido de nitrógeno, nitrato de cobre (II) y agua.
a) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuáles son los reactivos oxidante y reductor.
b) Formule y ajuste la reacción molecular global. c) Calcule la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 65% de riqueza en peso y densidad 1,4 g·cm–3. d) Calcule qué masa de sulfuro de cobre (II) se necesitará para que reaccione completamente con 90 mL de la
disolución de ácido nítrico del apartado anterior. Datos. Masas atómicas: H =1,0; N = 14,0; O = 16,0; S = 32,0 y Cu = 63,5. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución a. Reacción sin ajustar: ( ) OHNOCuNOSHNOCuS 2233 +++→+
Elementos que cambian de valencia:( ) ( )
→
→−
−
+
−−
IINVN
SSe3
0e22
Semireacciones iónicas sin ajustar:
NONO:reducción deón Semireacci
SS:oxidación deón Semireacci
3
2
→
→−
−
Se ajusta en medio ácido:
OH2NOe3H4NO:reducción deón Semireacci
e2SS:oxidación deón Semireacci
23
2
+→++
+→−+−
−−
Reductor ≡ CuS Oxidante ≡ HNO3
b. Para obtener la ecuación molecular ajustada, se combinan las semirreacciones iónicas eliminando entre las dos los electrones y obteniendo la reacción iónica global
13
( )( )
OH4NO2S3H8NO2S3
OH2NOe3H4NO2:reducción deón Semireacci
e2SS3 :oxidación deón Semireacci
232
23
2
++→++
+→++×
+→×
+−−
−+−
−−
De la reacción iónica global, por tanteo, se obtiene la reacción molecular global. ( ) OH4NOCu3NO2S3HNO8CuS3 2233 +++→+
c. Por factores de conversión: Masa molecular HNO3 = 1 + 14 + 16×3 = 63 g/mol
[ ] ( )
( )
( )( ) ( ) L
mol4,14HNO g 63
HNO mol 1
sdg 100
HNO g 65
sdL 1
sd cm 1000
sd cm
sd g4,1HNO
3
333
33 =⋅+
⋅+
+⋅
+
+=
d. Por factores de conversión: Masa molecular CuS = 63,5 + 32 = 95,5 g/mol
( ) CuS g 4,46CuS mol
CuS g 5,95
HNO mol 8
CuS mol 3
L 1
HNO mol 4,14
mL 1000
L 1mL 90CuSm
3
3 =⋅⋅⋅⋅=
Modelo 2013. Pregunta 5B.- A 30 mL de una disolución de CuSO4 0,1 M se le añade polvo de hierro en exceso.
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción e indique el comportamiento oxidante o reductor de las especies que intervienen.
b) Calcule Eº y justifique si la reacción es o no espontánea. c) Determine la masa de hierro necesaria para llevar a cabo esta reacción.
Datos. Eº(Cu2+/Cu)= 0,34 V; Eº(Fe3+/Fe0)= –0,04 V; Masa atómica Fe = 56. Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b). Solución. a.
[ ][ ]
++
−+
+−+
+→+
≡+→×
≡→+×
32
3
22
Fe2Cu3Fe23Cu
FeReductor e3FeFe2 :oxidación deón Semireacci
CuOxidante Cue2Cu3 :reducción deón Semireacci
b. ( ) ( ) ( ) ( )=−=−= ++ FeFeºECuCuºEOxidaciónºEducciónReºEºE 32
( ) ( )( ) ( ) ( ) 0V 38,004,034,0FeFeºECuCuºEFeFeºECuCuºE 3232 >=+=+=−−= ++++
Espontánea0G:V 38,0ºE
ºnFEºG⇒<∆
+=
−=∆
c. Con la estequiometria de la reacción y mediante factores de conversión, se calcula la masa de hierro necesaria para reducir el catión Cu2+ contenido en 30 mL de disolución de CuSO4 0,1 M.
( ) ( )( )
( )( )
( )( )
( )( )( )
Fe g 112.0Femol 1
Feg 56
Cumol 3
Femol 2
CuSOmol 1
Cumol 1
CuSO L
CuSOmol 1,0CuSOL 1030Fem
24
2
4
44
3 =⋅⋅⋅⋅×=+
+−
Septiembre 2012. Pregunta B1.- Ajuste las siguientes reacciones iónicas redox. Indique para cada caso el agente oxidante y el reductor.
a) OHBrHBrOH 2222 +→++ +−
b) OHSnMnHSnMnO 2422
4 ++→++ ++++− Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución.
a. Elementos que cambian de valencia:
→
→−
−
−−
−+−
BrBr
OOe
2e
Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción: OHOH 222 →
Semireacción de oxidación: 2BrBr →−
14
Ajuste de masa en medio ácido:
Semireacción de reducción: OH2H2OH 222 →+ +
Semireacción de oxidación: 2BrBr2 →−
Ajuste de cargas:
Semireacción de reducción: OH2e2H2OH 222 →++ −+
Semireacción de oxidación: −− −→ e2BrBr2 2
La ecuación iónica global se obtiene combinando las dos Semireacciones iónica ajustadas para eliminar entre ambas los electrones, en este caso basta con sumar las ecuaciones
2222
2
222
BrOH2H2Br2 OH
e2BrBr2
OH2e2H2OH
+→++
−→
→++
+−
−−
−+
Agente oxidante: H2O2
Agente reductor: −Br
b. Elementos que cambian de valencia: ( ) ( )
( ) ( )
→
→−
−
−
+
IVSnIISn
IIMnVIIMne
e
Semireacciones iónicas sin ajustar:
Semireacción de reducción: +− → 24 MnMnO
Semireacción de oxidación: ++ → 42 SnSn Ajuste de masa en medio ácido:
Semireacción de reducción: OH4MnH8MnO 22
4 +→+ ++−
Semireacción de oxidación: ++ → 42 SnSn Ajuste de cargas:
Semireacción de reducción: OH4Mne5H8MnO 22
4 +→++ +−+−
Semireacción de oxidación: −++ +→ e2SnSn 42 La ecuación iónica global se obtiene combinando las dos Semireacciones iónica ajustadas para eliminar entre ambas los electrones, en este caso la primera se multiplica por 2 y la segunda por 5 y se suman.
[ ][ ]
OH8Sn5Mn2H16Sn5MnO2
e2SnSn5
OH4Mne5H8MnO2
2422
4
422
24
++→++
+→×
+→++×
++++−
−++
+−+−
Agente oxidante: −4MnO
Agente reductor: +2Sn
15
Modelo 2012. Pregunta 5B.- Se requieren 2 g de una disolución acuosa comercial de peroxido de hidrogeno para reaccionar totalmente con 15 ml de una disolución de permanganato de potasio (KMnO4) 0,2 M, en presencia de cantidad suficiente de acido sulfúrico, observándose el desprendimiento de oxigeno molecular, a la vez que se forma sulfato de manganeso (II).
a) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción y la reacción molecular global del proceso. b) Calcule la riqueza en peso de la disolución comercial de peroxido de hidrogeno, y el volumen de oxigeno
desprendido, medido a 27 ºC y una presión de 700 mm Hg. Datos. R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1. Masas atómicas: H = 1; O =16. Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución. a. Reacción red-ox sin ajustar:
2442224 OMnSOSOHOHKMnO +→++
Elementos que cambian de valencia:
( ) ( )
2e2
2
e
OO
IIMnVIIMn
→
→
−
−
−−
+
Se ajusta la reacción por el método ión electrón en medio ácido Semireacciones iónicas sin ajustar:
222
24
OOH :oxidación deón Semireacci
MnMnO :reducción deón Semireacci
→
→ +−
Se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde haya defecto tantas moléculas de H2O como átomos de oxígeno falten.
222
22
4
OOH :oxidación deón Semireacci
OH4MnMnO :reducción deón Semireacci
→
+→ +−
Se ajustan el hidrógeno sumando protones en el miembro donde haya defecto de hidrógeno.
+
++−
+→
+→+
H2OOH :oxidación deón Semireacci
OH4MnH8MnO :reducción deón Semireacci
222
22
4
Se ajustan las cargas sumando electrones en el miembro donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa.
−+
+−+−
++→
+→++
e2H2OOH :oxidación deón Semireacci
OH4Mne5H8MnO :reducción deón Semireacci
222
22
4
Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones.
( )( )
+++−
−+
+−+−
+++→++
++→×
+→++×
H10OH8O5Mn2H16OH5MnO2 :global iónicaReacción
e2H2OOH5 :oxidación deón Semireacci
OH4Mne5H8MnO2 :reducción deón Semireacci
222
224
222
22
4
La reacción global se obtiene simplificando y transformando los protones en ácido sulfúrico y los iones en sales sulfatadas.
4222442224 SOKOH8O5MnSO2SOH3OH5KMnO2 :globalReacción +++→++
b. El apartado se realiza por estequimetria a partir de los moles de permanganato potásico utilizados, que es el único compuesto del que conocemos la cantidad exacta que ha reaccionado.
16
Por estar en disolución:
( ) mol 103L mol 2,0L1015VMKMnOn 313KMnOKMnO4 44
×=⋅×=⋅=−−
Para calcular la riqueza de la disolución comercial de peróxido de hidrógeno, se necesita calcular el número de moles que han reaccionado de dicho compuesto.
( ) ( ) mol105,71032
5KMnOn
2
5OHn
2
5
KMnO
OH 33422
4
22 −−×=×⋅==⇒=
( ) ( ) ( ) g 255,0mol g 34mol105,7OHMOHnOHm 13222222 =⋅×=⋅= −−
La riqueza de la disolución se obtiene comparando la masa de H2O2 con la de la disolución.
( )( )
%75,121002
255,0100
m
OHmOHR
disolución
22Comercial2 =⋅=⋅=
Oxigeno desprendido, se calcula a partir del número de moles que reaccionado de H202.
( ) ( ) mol105,7OHnOn5
5
OH
O 3222
22
2 −×==⇒=
Conocidos los moles de oxigeno, el volumen se calcula mediante la ecuación de gases idesles.
( )( )
L 2,0atm
760
700
K 300Kmol
Latm0,082mol 105,7
P
RTOnOV
32
2 =
⋅⋅
⋅⋅×
=⋅
=
−
Septiembre 2011. Pregunta 4B.- A 50 mL de una disolución acida de −4MnO 1,2 M se le añade un trozo de 14,7 g
de Ni(s), obteniéndose Mn2+ y Ni2+. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global.
b) Justifique cuantitativamente que el −4MnO sea el reactivo limitante.
c) Calcule la concentración final de iones Ni2+ y Mn2+ en disolución, suponiendo que el volumen no ha variado. d) Determine la masa de Ni que queda sin reaccionar.
Dato. Masa atómica Ni = 58,7. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución.
a. Se pide ajustar la reacción: +++− +→++ 224 NiMnHNiMnO
Semireacciones iónicas sin ajustar
+
+−
→
→
2
24
NiNi :oxidación deón Semireacci
MnMnO:reducción deón Semireacci
El ajuste de masas se realiza en medio ácido, los oxígenos se ajustan con moléculas de agua y los hidrógenos con protones.
+
++−
→
+→+
22
24
NiNi :oxidación deón Semireacci
OH4MnH8MnO:reducción deón Semireacci
El ajuste de cargas se hace sumando electrones.
−+
+−+−
+→
+→++
e2NiNi :oxidación deón Semireacci
OH4Mne5H8MnO:reducción deón Semireacci2
22
4
La reacción iónica global se obtiene combinando las dos sermireacciones para eliminar los electrones.
( )( )
OH8Ni5Mn2H16Ni5MnO2 :global iónicaReacción
e2NiNi5 :oxidación deón Semireacci
OH4Mne5H8MnO2:reducción deón Semireacci
222
4
2
22
4
++→++
+→×
+→++×
+++−
−+
+−+−
17
b. Para determinar el reactivo limitante se comparan las fracciones del número inicial de moles de reactivos y sus coeficientes estequiométricos, la menor de las fracciones corresponderá al reactivo limitante.
( ) ( ) ( )03,0
2
10502,1
2
MnOVMnOM
2
MnOn 3´44o4
=×⋅
=⋅
=−−−−
( )( )( )
05,05
7,58
7,14
5NiM
Nim
5
Nin o ===
( ) ( )5
Nin
2
MnOn oo4<
−
⇒ Reactivo limitante −4MnO
c. Por factores de conversión:
( ) ( ) mol 15,006,02
5MnOn
2
5Nin
2
5
MnO
Ni4
2
4
2=⋅==⇒= −+
−
+
; [ ] ( )M 3
1050
15,0
V
NinNi
3
22 =
×==
−
++
( ) ( ) mol 06,0MnOnNin2
2
MnO
Mn4
2
4
2==⇒=
−+
−
+
; [ ] ( )M 2,1
1050
06,0
V
MnnMn
3
22 =
×==
−
++
d. ( ) ( ) ( )( )( )
( ) mol 10,015,07,58
7,14Nin
NiM
NimNinNinNin Formado
2oaccReoexc =−=−=−=
+
( ) ( ) ( ) g 87,5molg58,7mol 10,0NiMNinNim excexc =⋅=⋅=
Junio 2011. Pregunta 4B.- Se hace reaccionar completamente una muestra de dióxido de manganeso con ácido clorhídrico comercial, de una riqueza en peso del 38% y de densidad 1,18 kg·L‒1, obteniéndose cloro gaseoso y Mn2+.
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Escriba la reacción molecular global que tiene lugar. c) ¿Cuál es la masa de la muestra de dióxido de manganeso si se obtuvieron 7,3 L de gas cloro, medidos a 1 atm
y 20 °C? d) ¿Qué volumen de ácido clorhídrico comercial se consume?
Datos. R = 0,082 atm·L·mol‒1· K‒1; Masas atómicas: H = 1; 0= 16; Cl = 35,5; Mn = 55. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. Solución.
a. ( ) ++→+ 222 MngClHClMnO
Elementos que cambian de valencia;
→
→−
−
−−
++
0e1
2e24
ClCl
MnMn
• OH2Mne2H4MnO :reducción deón Semireacci 22
2 +→++ +−+
• −− +→ e2ClCl2 :oxidación deón Semireacci 2
b. Se combinan las semirreacciones para eliminar los electrones (en este caso con sumar las semirreacciones se eliminan los electrones), obteniéndose la reacción iónica global.
OH2ClMnH4Cl2MnO
e2ClCl2
OH2Mne2H4MnO
222
2
2
22
2
++→++
+→
+→++
++−
−−
+−+
La reacción global se obtiene a partir de la iónica transformando los protones en ácido clorhídrico y el manganeso (II) en dicloruro de manganeso, utilizando los cloruros que se han añadido en exceso con el ácido clorhídrico y no se han oxidado
OH2ClMnClHCl4MnO 2222 ++→+
c. La estequiometria de la reacción permite obtener el factor de conversión entre el cloro y el dióxido de manganeso
18
( ) ( )222
2 ClnMnOn1
1
Cl
MnO=⇒=
El número de moles de cloro gaseoso se obtiene con la ecuación de gases ideales.
nRTVP =⋅ : ( ) mol 3,0K 293
Kmol
Latm082,0
L 3,7atm 1
RT
PVCln 2 =
⋅⋅
⋅
⋅==
( ) ( ) mol3,0ClnMnOn 22 == : ( ) ( ) ( ) g 1,26molg87mol 3,0MnOMMnOnMnOm 222 =⋅=⋅=
d. Por estequiometria: ( ) ( )22
Cln4HCln1
4
Cl
HCl=⇒=
( ) mol 2,13,04HCln =⋅= : ( ) ( ) ( ) g 8,43molg5,36mol 2,1HClMHClnHClm =⋅=⋅=
En la reacción se consumen 43,8 g de HCl, si proviene de una disolución de de 38% de riqueza en peso, la masa de la disolución necesaria será:
( )( )
disolución de g 3,11510038
8,43100
Peso%
mm100
m
mPeso% s
sdsd
s=⋅=⋅=⇒⋅= +
+
Conocida la masa de la disolución y la densidad se puede calcular el volumen del ácido clorhídrico
comercial
==+ mL
g18,1Lkg18,1d sd .
mL 7,97
mLg18,1
g 3,115
d
mV ===
Modelo 2011. Problema 1B.- El dicromato de potasio oxida al yoduro de sodio en medio ácido sulfúrico formándose, entre otros, sulfato de sodio, sulfato de potasio, sulfato de cromo (III) y yodo molecular.
a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción iónica y diga cuales son las especies oxidante y reductora. c) Formule la reacción molecular. d) Si tenemos 120 mL de disolución de yoduro de sodio y se necesitan para su oxidación 100 mL de disolución
de dicromato de potasio 0,2 M, ¿cual es la molaridad de la disolución de yoduro de sodio? Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos. Solución. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción química:
( ) 2342424242722 ISOCrSOKSONaSOHNaIOCrK +++→++
Elementos que cambian de valencia:
( ) ( )
Oxidación .electrones de Perdida :II
Reducción .electrones de Ganancia:IIICrVICr
02
e
e
→
→
−
−
−−
+
a. Semireacciones iónicas sin ajustar:
2
3272
II :oxidación deón Semireacci
CrOCr:reducción deón Semireacci
→
→
−
+−
Ajuste en medio ácido. En la semireacción de reducción se ajusta el cromo poniendo un dos al catión Cr3+ y en la de oxidación se ajusta el iodo poniendo un dos al anión I‒.
2
3272
II2 :oxidación deón Semireacci
Cr2OCr:reducción deón Semireacci
→
→
−
+−
En la semireacción de reducción se ajustan los oxígenos añadiendo al segundo miembro tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno halla en defecto (7 moléculas)
19
2
232
72
II2 :oxidación deón Semireacci
OH7Cr2OCr:reducción deón Semireacci
→
+→
−
+−
En la reacción de reducción se ajusta el hidrógeno añadiendo al miembro con defecto de hidrógeno tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno halla en defecto (14H+).
2
232
72
II2:oxidación deón Semireacci
OH7Cr2H14OCr:reducción deón Semireacci
→
+→+
−
++−
Una vez concluido el ajuste de masa se hace el ajuste electrónico, sumando electrones en el miembro con exceso de carga positiva o con defecto de carga negativa.
En la semireacción de reducción existe un exceso de carga positiva en el primer miembro (doce cargas positivas en el primer miembro y seis cargas positivas en el segundo miembro), se suman 6 electrones en el primer miembro para ajustar las cargas. En la semireacción de oxidación, existe un defecto de carga negativa en el segundo miembro (dos cargas negativas en el primer miembro cero cargas en el segundo) se suman dos electrones en el segundo miembro para ajustar las cargas. De esta forma se obtienen las semireacciones de oxidación y reducción ajustadas.
−−
+−+−
+→
+→++
e2II2 :oxidación deón Semireacci
OH7Cr2e6H14OCr:reducción deón Semireacci
2
232
72
b. La reacción iónica global se obtiene combinando las dos semireacciones para eliminar los electrones.
( )OH7I3Cr2H14I6OCr :global iónicaReacción
e2II2 3 :oxidación deón Semireacci
OH7Cr2e6H14OCr:reducción deón Semireacci
2232
72
2
232
72
++→++
+→×
+→++
++−−
−−
+−+−
c. La reacción molecular se obtiene a partir de la iónica transformando los iones en sales y los protones en ácido. Teniendo en cuenta que el ácido empleado es diprótido (H2SO4), el número de moléculas de ácido es la mitad del número de protones necesarios. Los uniones sulfatos, actúan como iones portadores y formaran sales sulfatadas en el segundo miembro con todos los cationes metálicos provenientes de las sales del primer miembro (Na+, K+).
( ) OH7SONa3SOKI3SOCrSOH7NaI6CrOK 2424223424272 ++++→++
d. Este último apartado se hace mediante la estequiometría de la reacción a partir del factor de conversión entre el dicromato potásico y el ioduro de sodio.
( ) ( )7272
CrOKn6NaIn1
6
CrOK
NaI=⇒=
Por estar en disolución: ( ) ( ) ( ) ( )722722 OCrKVOCrKM6NaIVNaIM ⋅⋅=⋅
( )( ) ( )
( )M 1
L10120
L10100M 2,06
NaIV
OCrKVOCrKM6NaIM
3-
-3722722 =
×
×⋅⋅=
⋅⋅=
Septiembre 2010. FM. Cuestión 3A.- El dicromato de potasio oxida al yoduro de sodio en medio ácido sulfúrico originándose, entre otros, sulfato de sodio, sulfato de cromo (III) y yodo.
a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción iónica y diga cuáles son las especies oxidante y reductora. c) Formule la reacción molecular. d) Justifique si el dicromato de potasio oxidaría al cloruro de sodio.
Datos. ( ) ( ) V 36,1Cl/ClEº ;V 33,1Cr/OCrºE 232
72 == −+− Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos.
( ) 42234242722 SONaISOCrSOHNaIOCrK ++→++
( ) ( )IIICrVICr e →
−+
20
2e II →
−−−
a. Se ajustan las semireacciones en medio ácido
• Semireacción de reducción: OH7Cr2e6H14OCr 232
72 +→++ +−+−
• Semireacción de oxidación: −− +→ e2II2 2
b. Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones.
( )OH7I6Cr2I6H14OCr
e2II23
OH7Cr2e6H14OCr
2232
72
2
232
72
++→++
+→×
+→++
+−+−
−−
+−+−
Oxidante ≡ K2Cr2O7 Reductor ≡ NaI c. Se completan las especies iónicas formando sales, y los protones se transforman en moléculas de ácido.
( ) 42422234242722 SOKSONa3H7I6SOCrSOH7NaI6OCrK ++++→++
d. Para que un proceso red-ox sea espontáneo, el potencial debe ser positivo (∆G = −nFE). El potencial de un proceso red-ox es la suma de los potenciales de cada una de las semirreacciones.
( ) ( ) ( ) ( )( )−+−−+− −+=+= Cl/ClºECr/OCrºECl/ClºECr/OCrºEºE 232
72232
72
( ) 0v03,036,133,1ºE <−=−+= Proceso no espontáneo
Septiembre 2010. FM. Problema 1B.- El cadmio metálico reacciona con ácido nítrico concentrado produciendo monóxido de nitrógeno como uno de los productos de la reacción:
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la ecuación molecular global. b) Calcule el potencial de la reacción y justifique si la reacción se produce de manera espontánea. c) ¿Qué volumen de ácido nítrico 12 M es necesario para consumir completamente 20,2 gramos de cadmio?
Datos. Masa atómica de Cd = 112; Eº (Cd2+/Cd0) = ‒0,40 V, Eº ( )NO/NO3− = 0, 96 V
Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos, y b) 0,5 puntos. Solución. Se nos plantea a justar la siguiente reacción red-ox:
NOCdHNOCd 23 +→+ +
( )
( ) ( )IINVN
IICdCde3
e2
→
→−
−
+
−
a. Semireacciones iónicas en medio ácido:
−+
−+−
+→
+→++
e2CdCd :oxidación deón Semireacci
OH2NOe3H4NO :reducción deón Semireacci2
23
Reacción iónica global: se combinan las semirreacciones iónicas para eliminar los electrones
( )( )
OH4Cd3NO2H8Cd3NO2
e2CdCd3
OH2NOe3H4NO2
22
3
2
23
++→++
+→×
+→++×
++−
−+
−+−
Conocida la reacción iónica global se obtiene la molecular completando los iones que se transforman en ácidos y sales. Teniendo en cuenta que el ácido que se va a emplear es el ácido nítrico, las sales que se formarán serán nitratos.
( ) OH4NOCd3NO2Cd3HNO8 2233 ++→+
b. El potencial de un proceso red-ox es la suma de los potenciales de cada una de las semirreacciones.
( ) ( ) ( ) ( )( )Cd/CdºENO/NOºECd/CdºENO/NOºEºE 23
23
+−+− −+=+=
21
( ) 0v 36,140,096,0ºE >=−+=
Para que un proceso red-ox sea espontáneo, el potencial debe ser positivo (∆G = −nFE). Reacción espontánea. c. Este apartado se resuelve por estequiometría.
( ) OH4NOCd3NO2Cd3HNO8 2233 ++→+
El factor de conversión entre el cadmio y el ácido nítrico es:
3
8
Cd
HNO3 = ⇒ ( ) ( )Cdn3
8HNOn 3 =
Teniendo en cuenta el estado de agregación de cada uno de los reactivos (acido nítrico en disolución y cadmio en sólido):
( ) ( )( )( )CdM
CdmHNOVHNOM 33 =⋅ : ( )
molg112
g 2,20HNOV
L
mol12 3 =⋅
( ) mL 15L 015,0HNOV 3 ==
Junio 2010. FM. Problema 2B.- Al mezclar sulfuro de hidrógeno con ácido nítrico se forma azufre, dióxido de nitrógeno y agua.
a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción molecular global indicando las especies oxidante y reductora. c) ¿Cuántos gramos de azufre se obtendrán a partir de 24 cm3 de ácido nítrico comercial de 65 % en masa y
densidad 1,39 g·cm−3? d) Calcule el volumen de dióxido de nitrógeno que se obtiene, medido a 700 mm de Hg y 25 ºC
Datos: R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1 ; masas moleculares: H = 1; N = 14; 0= 16; S = 32 Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución.
OHNOSHNOSH 2232 ++→+
a. Elementos que modifican su valencia:
SS e 22 →
−−− Oxidación
( ) ( )IVNVN e 1 →
−+ Reducción
Semirreacciones iónicas:
→
→−
−
23
2
NONO:Reducción
SS:Oxidación
Ajuste en medio ácido. Para ajustar en masa la semireacción de reducción se suma en el segundo miembro una molécula de H2O (por faltar un átomo de oxígeno), para ajustar el hidrógeno se suman dos protones en el primer miembro.
+→+
→+−
−
OHNOH2NO:Reducción
SS :Oxidación
223
2
Para el ajustar electrónico se suman las cargas de cada miembro y se igualan sumando electrones exceso de carga positiva o defecto de negativa.
+→++
+→−+−
−−
OHNO1eH2NO:Reducción
2eSS :Oxidación
223
2
b. Para obtener la ecuación global se combinan las dos semirreacciones para eliminar los electrones
22
Para obtener la ecuación molecular se completan los iones formando ácidos. OH2NO2SHNO2SH 2232 ++→+
Oxidante (especie que gana electrones): HNO3 Reductor (especie que pierde electrones): H2S
c. Por estequiometria:
2
1
HNO
S
3= ⇒ ( ) ( )3HNOn
2
1Sn =
El número de moles de ácido nítrico se calcula a partir del volumen de disolución y sus especificaciones comerciales (densidad y riqueza ó % en masa).
g 36,33cmg 39,1cm 24Vdmcm 24V 33sdsdsd
3sd =⋅⋅=⋅=⇒= −
++++
Conocida la masa de la disolución, el tanto por ciento en masa ó riqueza permite calcular la masa de ácido nítrico, y con la masa el número de moles.
( ) g 68,21100
6536,33
100
%mHNOm sd3 =⋅=⋅= +
( )( )( )
mol 34,0mol g 63
g 68,21
HNOM
HNOmHNOn
13
33 ===
−
Conocidos los moles de ácido nítrico que reaccionan se calcula los moles de S que se obtienen
( ) ( ) mol 17,034,02
1HNOn
2
1Sn 3 =⋅==
( ) ( ) ( ) g 44,5molg32mol 17,0SMSnSm =⋅=⋅=
d. Por estequiometria:
1
1
HNO
NO
3
2 = ⇒ ( ) ( )32 HNOnNOn =
( ) 34,0NOn 2 =
Conocido el número de moles con la ecuación de gases ideales se calcula el volumen.
( ) L 9
760
700298082,034,0
P
nRTNOV 2 ≈
⋅⋅==
Septiembre 2009. Problema 2B.- Se quiere oxidar el ión bromuro, del bromuro de sodio, a bromo empleando una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno 0,2 M en presencia de ácido sulfúrico. Respecto a dicha reacción:
a) Ajuste las semirreacciones iónicas y la reacción molecular global. b) Calcule el potencial estándar para la reacción global. c) Calcule la masa de bromuro de sodio que se oxidaría a bromo empleando 60 mL de peróxido de hidrógeno. d) Calcule el volumen de bromo gaseoso, medido a 150°C y 790 mm Hg, desprendido en el proceso anterior.
Datos. Eº Br2/Br− = 1,06 V; Eº H202/H2O = 1,77 V; R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1 ; masas atómicas: Na = 23; Br = 80. Puntuación máxima por apartado: 0,50 puntos
a. OHBrOHNaBr 22SOH
2242 + →+
Cambio de valencia: 0e 1 BrBr-
→−−
−+− →
2e 1 OO-
23
Reacción molecular global: 2NaBr + H2O2 + H2SO4 → Br2 + 2H2O + Na2SO4
b. f.e.m. ó potencial de la reacción Eº = 0,71v > 0 Espontánea. c. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromuro de sodio.
( ) ( )2222
OHn2NaBrn1
2
OH
NaBr=⇒=
El número de moles de bromuro de sodio se calcula como masa dividido por masa molecular (se pide la masa en gramos de bromuro de sodio), mientras que el número de moles de peroxido de hidrógeno se calcula como molaridad por volumen.
( )( )
( ) ( )2222 OHVOHM2NaBrM
NaBrm⋅=
( )l1060l
mol2,02
molg103
NaBrm 3−×⋅⋅= : ( ) g 47,2NaBrm =
d. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromo molecular.
( ) ( )22222
2 OHnBrn1
1
OH
Br=⇒=
( ) mol 012,0l1060lmol2,0Brn 3
2 =×⋅= −
Conocidos los moles, se aplica la ecuación de gases ideales y se obtiene el volumen de bromo.
TRnVP ⋅⋅=⋅ : L 4,0atm
760
790
K 423Kmol
Latm0,082mol 012,0
P
TRnV =
⋅⋅
⋅⋅
=⋅⋅
=
Modelo 2009. Cuestión 4.- Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción en medio ácido (sin ajustar):
Fe2+ + Cr2O72− + H+ → Fe3+ + Cr3+ + H2O
a) Indique el número (estado) de oxidación del cromo en los reactivos y en los productos. b) Ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. c) Ajuste la reacción iónica global. d) Razone si la reacción es o no espontánea en condiciones estándar a 25°C.
Datos a 25°C. Eº: Cr2O72− / Cr3+ = 1,33 V; Fe3+ / Fe2+ = 0,77 V
Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto. Solución.
a. Cr2O72−: Cr(VI); Cr3+: Cr(III)
b. Reacción de reducción-oxidación en medio ácido - Semirreacción de reducción: Cr2O7
2− +14 H+ + 6 e− → 2Cr3+ + 7 H2O - Semirreacción de oxidación: Fe2+ − 1 e− → Fe3+ c. Se combinan las dos semireacciones para eliminar los electrones
d. La espontaneidad de las reacciones es función del signo de la energía libre (∆G)
ESPONTÁNEA0ºG:V 56,0E
ºnFEºGoT
⇒<∆
=
−=∆
24
Junio 2008. Problema 2A.- Las disoluciones acuosas de permanganato de potasio en medio ácido (ácido sulfúrico), oxidan al peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) formándose oxígeno, su1fato de manganeso (II), sulfato de potasio y agua.
a) Formule y ajuste las semireacciones iónicas de oxidación y reducción y la reacción molecular. b) Calcule los gramos de oxígeno que se liberan al añadir un exceso de permanganato a 200 mL de peróxido de
hidrógeno 0,01 M. c) ¿Qué volumen ocuparía el O2 obtenido en el apartado anterior, medido a 21°C y 720 mm Hg?
Datos. R = 0,082 atm·L·K−1·mol; masa atómica: O = 16; 1 atm = 760 mm Hg Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos. Solución.
a. Se formulan los componentes de la reacción. KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + H2O + K2SO4
Se buscan los elementos que cambian de valencia:
- Manganeso: El Mn7+ gana electrones y pasa a Mn2+. Proceso de reducción
- Oxígeno: El −22O pierde electrones y pasa a O2. Proceso de oxidación.
Se plantean por separado las semireacciones de reducción y de oxidación.
Se ajusta el oxígeno. Por estar en medio ácido, donde falta oxígeno, se suman tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten.
Se ajusta el hidrógeno. En el miembro donde falte hidrógeno, se suman tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno falten.
Se ajusta la carga en cada una de las semireacciones intentando igualar la carga en ambos miembros, para ello se suman o se restan electrones en el primer miembro de cada semirreacción.
Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones entre las dos, obteniéndose la reacción iónica global.
Por tanteo, y teniendo en cuenta que el ácido utilizado es el ácido sulfúrico, se obtiene la reacción molecular ajustada.
4222442224 SOKOH8O5MnSO2SOH3OH5KMnO2 +++→++
b. A partir de la reacción molecular ajustada, y mediante cálculos estequiométricos se calculan los moles de
oxígeno conocidos los moles de peroxido de hidrógeno que reaccionan.
Factor de conversión: ( ) ( )22222
2 OHnOn1
1
OH
O=⇒=
El número de moles de agua oxigenada se obtiene, por ser una disolución, de la definición de molaridad.
25
( ) ( ) ( ) ( ) mol102L10200L
mol01'0OHVOHMOHnOn 33
2222222−−
×=×⋅=⋅==
Conocidos los moles de oxígeno, con la definición de número de moles se calcula la masa de oxígeno.
( ) ( ) ( ) mg 64gr 064'0mol
gr32mol102OMOnOm:
M
mn 3
222 ==⋅×=⋅== −
c. Conocidos los moles de oxígeno, la ecuación de gases ideales permite calculas el volumen que ocupan.
nRTVP =⋅
L 05'0atm
760
720
K 294kmol
Latm082'0mol102
P
nRTV
3
=
⋅⋅
⋅⋅×
==
−
Modelo 2008. Problema 2B.- Dada la reacción en la que el ión permanganato (tetraóxomanganato (VII)) oxida, en medio ácido, al dióxido de azufre, obteniéndose ión tetraoxosulfato (VI) e ión manganeso (II).
a. Ajuste la reacción iónica por el método del ión-electrón. c. Calcule el volumen de una disolución de permanganato 0,015M necesario para oxidar 0,32 g de dióxido de azufre.
Datos: Potenciales estándar de electrodo: MnO4−, H+/Mn2+ = +1,51 v; SO4
2−, H+/SO2 (g) = +0,17 v; Pesos atómicos: S = 32 y O = 16 Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos y c) 0,5 puntos. Solución. a. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción iónica:
−+− + →++ 2
42H
24 SOMnSOMnO
1. Se buscan los elementos que cambian de valencia y se plantean por separado las semireacciones de reducción (ganancia de e−) y oxidación (perdida de e−).
2. Se ajustan las masas teniendo en cuenta que es medio ácido.
3. Se ajustan las cargas sumando o restando electrones, de cada reacción por separado.
4. Se combinan linealmente las ecuaciones para eliminar los electrones. Si por fuera de la combinación lineal colocamos los potenciales de cada una de las semireacciones y los sumamos, se obtiene el potencial global de la reacción. Al potencial de la semirreacción de oxidación se le a de cambiar el signo pues se ha invertido el orden de la reacción.
Semirreacción global iónica:
+−+− ++→++ H4SO5Mn2OH2SO5MnO2 24
2224
c. Por estequiometria de la reacción: +−+− ++→++ H4SO5Mn2OH2SO5MnO2 24
2224
26
( ) ( )242
4 SOn5
2MnOn
5
2
SO
MnO⋅=⇒=
−−
El número de moles de permanganato, por estar en disolución, se calcula a partir de la definición de molaridad, el número de moles de dióxido de azufre, por ser un sólido, se calcula dividiendo la masa en gramos entre el peso molecular.
( )( )2
2MnOMnO SOM
SOm
5
2MV
44⋅=⋅ −− :
molgr64
gr 32'0
5
2l
mol015'0V4MnO
⋅=⋅−
ml 134l 134'0V
4MnO==−
Junio 2007. Cuestión 4.- En una disolución en medio ácido, el ión MnO4
− oxida al H2O2, obteniéndose Mn2+, O2 y H2O.
a) Nombre todos los reactivos y productos de la reacción, indicando los estados de oxidación del oxígeno y del manganeso en cada uno de ellos.
b) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción en medio ácido. c) Ajuste la reacción global. d) Justifique, en función de los potenciales dados, si la reacción es espontánea o no en condiciones estándar.
Datos. Eº (MnO4−/ Mn2+) = 1,51 V; Eº (O2/H2O2) = 0,70 V
Puntuación máxima por apanado: 0.5 puntos. Solución.
a) −4MnO : Ión permanganato. Estado de oxidación del Mn = +7.
22OH : Peroxido de hidrógeno (agua oxigenada). Estado de oxidación del O = −1.
+2Mn : Ión manganoso ó manganeso (II). Estado de oxidación del Mn = +2 2O : Oxigeno molecular. Estado de oxidación del O = 0.
OH 2 : Agua. Estado de oxidación del O = −2
b)
• Semireacción de reducción: OH4Mne5H8MnO 22
4 +→++ +−+−
• Semireacción de oxidación: +− +→− H2Oe2OH 222
c)
d) ( ) ( )ÁnodoºECátodoºEºE −= , donde:
≡
≡
Oxidación:Ánado
ducciónReCátodo
( ) ( ) 0v81'070'051'1OHOºEMnMnOºEºE 2222
4 >=−=−= +−
0G0E
nFEG<∆⇒
>
−=∆ Proceso ESPONTÁNEO
27
Cuestión 4.- En disolución ácida, el ión dicromato oxida al ácido oxálico (H2C2O4) a CO2 según la
reacción (sin ajustar): Cr2O72− + H2C2O4 → Cr3+ + CO2
a) Indique los estados de oxidación de todos los átomos en cada uno de los reactivos y productos de dicha
reacción.
b) Escriba y ajuste las semireacciones de oxidación y reducción.
c) Ajuste la reacción global.
d) Justifique si es espontánea o no en condiciones estándar. Datos.- Eº (Cr2O7
2−/ Cr3+) = 1,33 V; Eº (CO2/H2C2O4) = −0,49 V Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.
Solución.
a. - Reactivos.
−
+−
2:O
6:Cr:OCr 2
72
−
+
+
2:O
3:C
1:H
:OCH 422
- Productos. Cr3+: +3
−
+
2:O
4:C:CO 2
e) Escriba y ajuste las semireacciones de oxidación y reducción.
b. - Semirreacción de reducción: OH7Cre6H14OCr 232
72 +→++ +−+−
- Semirreacción de oxidación: +− +→− H2CO2e2OCH 2422
c. Combinando linealmente las dos ecuaciones para eliminar los electrones, se obtiene la ecuación iónica global
del proceso.
Nota: Observar como hemos cambiado el signo al proceso de oxidación
d. La espontaneidad de los procesos de transferencia de electrones viene determinada por el valor del potencial,
ya que este se relaciona con la variación de energía libre (∆G) según la relación nFEG −=∆ , donde n es el número de
electrones que se transfieren (valor positivo) y F es la constante de Faraday (F =96500C/Eq), por lo tanto: - Sí E > 0 ⇒ ∆G < 0. Reacción espontánea - Si E = 0 ⇒ ∆G = 0. Sistema en equilibrio - Si E < 0 ⇒ ∆G >0. Reacción no espontánea, espontánea en sentido contrario.
EºT = 1’82 v > 0 ⇒ ∆G < 0 Reacción ESPONTÁNEA
Septiembre 2006. Problema 2A. Se sabe que el ión permanganato oxida el hierro (II) a hierro (III), en presencia de
ácido sulfúrico, reduciéndose él a Mn (II).
a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción y la ecuación iónica global.
b) ¿Qué volumen de permanganato de potasio 0,02 M se requiere para oxidar 40 mL de disolución 0,1 M de
sulfato de hierro (II) en disolución de ácido sulfúrico? Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto.
Solución.
a. +++− + →+ 32SOH24 FeMnFeMnO 42
Elementos que varían su valencia:
−
−
+→+
+→+
e Pierde:32:Fe
e Gana:27:Mn
Las semireacciones (S.R.) ajustadas en medio ácido son:
28
b. En el punto de equivalencia de una volumetría red-ox se debe cumplir: ( ) ( )ReductorgrEqºnOxidantegrEqºn −=−
que aplicado al problema propuesto: ( ) ( )44 FeSOgrEqºnNaMnOgrEqºn −=−
Debido al estado de agregación (disolución) ( ) ( ) ( ) ( )4444 FeSOVFeSONKMnOVKMnON ⋅=⋅
Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad (N = M·v) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )444444 FeSOVFeSOvFeSOMKMnOVKMnOvKMnOM ⋅⋅=⋅⋅
siendo v la valencia redox ó numero de electrones que se transfieren en la semirreacción.
( ) L1040molEq1L
mol1'0KMnOVmolEq5L
mol02'0 34
−×⋅⋅=⋅⋅
( ) L1040KMnOV 34
−×=
Junio 2006. Problema 2B.- En la oxidación de agua oxigenada con 0,2 moles de permanganato, realizada en medio
ácido a 25°C y 1 atm de presión, se producen 2 L de O2 y cierta cantidad de Mn2+ y agua.
a) Escriba la reacción iónica ajustada que tiene lugar.
b) Justifique, empleando los potenciales de reducción, si es una reacción espontánea en condiciones estándar y
25 °C.
c) Determine los gramos de agua oxigenada necesarios para que tenga lugar la reacción.
d) Calcule cuántos moles de permanganato se han añadido en exceso.
Datos: R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1; E°(MnO4−/Mn2+) = 1,51 V; Eº(O2 /H2O2) = 0,68 V
Masas atómicas: O = 16; H = 1. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos
Solución. a.
+− + →++ 2
2H
422 MnOMnOOH
Elementos que cambian de valencia:
electrones Pierde 01 :O
electrones Gana 27:Mn
→−
+→+
Semireacciones ajustadas en medio ácido.
b. La condición necesaria y suficiente para que un proceso red-ox sea espontáneo es que el potencial total de la
reacción sea positivo.
>∆⇒<
<∆⇒>−=∆
ESPONTÁNEA NO:0G0E
ESPONTÁNEA:0G0E:nFEG
El potencial total de una reacción red-ox se puede obtener como resta de los potenciales de reducción del cátodo (reducción) menos el potencial de reducción del ánodo (oxidación).
29
( ) ( )OxidaciónEducciónReEE oÁNODO
oCÁTODO
oT −=
ESPONTÁNEA0v83'068'051'1OHOºE
MnMnOºEE
222
24o
T ⇒>=−=
−
=
+
−
c. Los cálculos estequiométricos se realizan a partir del oxigeno obtenido en la reacción.
( ) ( ) moles08'0K298
Kmol
Latm082'0
L2atm1
TR
VPOnOHn
5
5
O
OH 2OGAS
2222
22 =
⋅
⋅
⋅=
⋅
⋅==⇒=
( ) ( ) ( ) gr72'2molgr34mol08'0OHMOHnOHm 222222 =⋅=⋅=
d. Los moles de permanganato que reacciona se calcula por estequiometria conocidos los moles e oxígeno
formados.
( ) ( ) moles032'008'05
2On
5
2MnOn
5
2
O
MnO2R4
2
4 ===⇒=−
−
( ) ( ) ( ) moles168'0032'02'0MnOnMnOnMnOn R4o4Exc4 =−=−= −−−
Septiembre 2005. Problema 2B. Un vaso contiene 100 cm3 de disolución de cationes Au+ 0’03 M. Este catión se
reduce y oxida simultáneamente (dismutación) a oro metálico (Au) y catión Au3+ hasta que se agota todo el catión
Au+.
Datos.- Eº(Au3+/Au) = +1,40V; Eº(Au3+/Au+) = +1,25V; Eº(Au+/Au) = +1,70V; F=96500 C·mol−1 Masa
atómica: Au = 197. Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.
a) Ajuste la reacción redox que se produce. b) Calcule el potencial de la reacción. c) Calcule la concentración resultante de iones Au3+ en disolución. d) Calcule la masa de Au que se forma.
Solución.
a. ++ +→ 3AuAuAu
b. Eº = Eº(Red) − Eº(Ox) = Eº(Au+/Au) − Eº(Au3+/Au+) = 1’70 − 1’25 = 0’45 > 0 El proceso es espontáneo
c. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au+ a Au3+ es:
( ) ( )++
+
+
=⇒= Aun3
1Aun
3
1
Au
Au 33
El número de moles de ión Au+ se obtiene del volumen y concentración de la disolución mediante la definición de molaridad
( )( ) ( ) ( )moles103l10100
l
mol03'0VMAun
lV
nM 33 −−+
×=×⋅
=⋅=⇒=
sustituyendo en la primera ecuación
( ) ( ) moles101033
1Aun
3
1Aun 333 −−++ =×⋅==
30
Conocidos los moles y el volumen (es el de la disolución inicial), se calcula la concentración.
( )( )
M01'010100
10
lV
AunAu
3
333 =
×==
−
−++
d. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au+ a Au es:
( ) ( ) moles1021033
2Aun
3
2Aun
3
2
Au
Au 33 −−+
+×=×⋅==⇒=
Conocidos los moles se calcula la masa de Au mediante la definición de número de moles. ( )
( ) ( ) ( ) gr394'0197102AuMAunAum
molgrM
grmn 3
=⋅×=⋅=⇒
=− de Au
Junio 2005. Cuestión 4.- Dada la reacción de oxidación-reducción:
SO32− + MnO4
− → SO42− + Mn2+
a) Indique los estados de oxidación de todos los elementos en cada uno de los iones de la reacción. b) Nombre todos los iones. c) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción en medio ácido. d) Escriba la reacción iónica global ajustada.
Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución.
a.
−
+−
2:O
4:S:SO 2
3
−
+−
2:O
7:Mn:MnO 4
−
+−
2:O
6:S:SO 2
4 Mn2+ : 2+
b. Sulfito:SO 23
− toPermangana:MnO 4− Sulfato:SO 2
4− Mn2+: Hipomanganito
c. Semirreacción de Reducción. MnO4
− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O Semirreacción de Oxidación. SO3
2− + H2O − 2e− → SO42− + 2H+
d. Combinando linealmente ambas ecuaciones se eliminan los electrones y aparece la ecuación iónica global.
Modelo 2005. Cuestión 4.- Complete y ajuste, en medio ácido, las semireacciones de oxidación y de reducción así como la reacción global. Indique si son espontáneas las reacciones globales en función de los potenciales normales redox.
a) ...CrHSOCr 32272 +↔++ ++−−
b) ...SnClSnClHClKMnO 424 +↔++
Datos: ( ) ( ) ;V14,0SSE;V33,1Cr/OCrE 2o3272
o == −+−
( ) ( ) V15,0Sn/SnE;V51,1Mn/MnOE 24o24
o == +++−
Puntuación máxima por apartado:1 punto.
Solución. a. Semireacciones:
Reacción Molecular. Los 14 protones necesarios pare el proceso red-ox, se obtienen con 7 moléculas de ácido
sulfhídrico (H2S), de las cuales tres se comportan como reductor oxidándose hasta azufre elemental y las otras 4 se
31
mantienen como sulfuros para formar sales en el segundo miembro. SKOH7S3SCrSH7OCrK 22322722 +++→+
La espontaneidad de las reacciones red-ox se estudia en función del potencial mediante la expresión:
∆G = −n·F·E
Siendo n y F valores siempre positivos, el signo de la energía libre depende del signo del potencial.
Sí E > 0 ⇒ ∆G < 0. Reacción ESPONTÁNEA
Sí E<> 0 ⇒ ∆G > 0. Reacción NO−ESPONTÁNEA
( ) ( ) 19'114,033,1SSECr/OCrEºE 2oOx
3272
odRe =−=−= −+− v >0⇒ ESPONTÁNEA
b. Semireacciones:
Reacción molecular:
KCl2OH8SnCl5MnCl2HCl16SnCl5KMnO2 24224 +++→++
Por se el potencial positivo, el proceso es ESPONTÁNEO. Septiembre 2004. Cuestión 5.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción global, en medio ácido y sin ajustar:
OHICrIKIHIOCrK 223722 +++→+
a) Indique los estados de oxidación de todos los átomos en cada una de las moléculas de la reacción. b) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la reacción global.
Puntuación máxima por apartado: 1 punto. Solución. a.
-
−
+
+
2:O
6:Cr
1:K
:OCrK 722
-
−
+
1:I
1:H:HI
-
−
+
1:I
1:K:KI
-
−
+
1:I
3:Cr:CrI3
- { 0:I:I2
-
−
+
2:O
1:H:0H 2
b. Para el ajuste de las semirreacciones se emplea el método ión electrón en medio ácido.
1º Se seleccionan los iones donde existan elementos que cambien de valencia.
2º Se ajustan metales y no-metales excepto oxígeno e hidrógeno.
3º Se ajusta el oxigeno, sumando en el miembro donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno halla en defecto
4º Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde falten tantos protones(H+) como átomos de
hidrógeno falten
32
5º Una vez completado el ajuste de masa se procede al ajuste de cargas. Se suman las cargas de cada miembro. Si en el primer miembro existe exceso de carga positiva o defecto de carga negativa, se suman e− en él para ajustar las cargas. Si por el contrario en el primer miembro existe defecto de carga positivas o exceso de carga negativa, se restan e− en él para ajustar las cargas.
6º Se combinan linealmente las ecuaciones para entre las dos eliminar los e−
7º Se transforma la ecuación iónica en molecular formando con los iones las correspondiente sales ó ácidos.
Septiembre 2003. Problema 1B. El bromuro de potasio reacciona con el ácido sulfúrico concentrado para dar sulfato de potasio, bromo libre, dióxido de azufre y agua. Conteste a las siguientes preguntas:
a) Formule y ajuste las semirreacciones iónicas redox y la reacción neta molecular. b) ¿Cuántos cm3 de bromo se producirán al hacer reaccionar 20g de bromuro de potasio con ácido sulfúrico en
exceso? Datos.- Masas atómicas: Br = 80, K = 39; densidad Br2 = 2,8 g·cm−3 Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto. Solución. a. En una reacción redox, el primer paso es buscar los elementos que transfieren electrones.
0BrBr →− ++ → 46 SS
a continuación se ajustan las semirreacciones de oxidación y reducción en forma iónica y por separado. El ajuste se hace teniendo en cuenta que la reacción se realiza en medio ácido.
b. La relación estequiométrica entre el bromuro de potasio(KBr) y el bromo molecular(Br2) es:
2
1
KBr
Br2 =
conocidos los moles iniciales de KBr, mediante la relación estequiométrica, se calculan los moles de Br2 que se obtienen en la reacción. Con el número de moles y la masa molecular se calcula la masa en gramos y, con la densidad, el volumen de Br2.
( )( ) ( )
moles 168'0
molgr 119
gr 20
molgr M
gr mKBrn =
=
=
por la estequiometria de la reacción ( )
( ) ( ) ( ) ( ) moles 4'13160064'0BrMBrnBrm : moles 084'0Brn 2
1
168'0
Brn2222
2 =⋅=⋅==⇒= con
la densidad del bromo y la masa, se calcula el volumen
33
( )
( )3
33 cm 4'8V despejando cm V
gr 4'13
cmgr 8'2 :
V
md ==
=
Junio 2001. Problema 1B. Un método de obtención de cloro gaseoso se basa en la oxidación del ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose simultáneamente dióxido de nitrógeno y agua.
a. Escriba la reacción ajustada por el método del ion-electrón. b. Determine el volumen de cloro obtenido, a 25ºC y 1 atm, cuando se hacen reaccionar 500 ml de una
disolución 2 M de HCl con ácido nítrico en exceso, si el rendimiento de la reacción es de un 80%. Puntuación máxima por apartado: 1 Solución. Se pide ajustar por el método ión-electrón una reacción redox, para a continuación resolver un problema simple de estequimetria. a. HCl + HNO3 → NO2 + Cl2 + H2O
2HCl + 2HNO3 → Cl2 + 2NO2 + 2H2O Reacción molecular global b. Partiendo de la definición de molaridad se calcula el número de moles iniciales de HCl.
)l(V
nM = ( ) ( ) ( ) ( )mol1l5'0l
mol2lVMn =⋅=⋅=
La relación estequiométrica entre el HCl y el Cl2 es:
2
1
HCl
Cl2 = ⇒ ( )
2
1
1
Cln 2 = ⇒ ( ) 5'0Cln 2 =
Teniendo en cuenta la definición de rendimiento(η)
( ) 100Teórico
alRe% ⋅=η
y aplicando al número de moles
4'0100
805'0
100cos)Teóri(n)Cl(n R2 =⋅=
η⋅=
Conocidos el número de moles reales de cloro que se obtienen, el volumen se calcula mediante la ecuación de gases ideales.
P · V = n · R · T
( ) ( )l8'91
298082'04'0
P
nRTClV 2 =
⋅⋅==
