1. Ajustar las siguientes reacciones redox por el método ión-electrón a. HNO3 + Zn → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O NO3− + 10H+ + 8e− → NH4+ + 3H2O Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 4 × [ Zn − 2e− → Zn2+]  NO3− + 10H+ + 4Zn → NH4+ + 4Zn+ + 3H2O Reacción iónica global. 10HNO3 + 4Zn → 4 Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Reacción molecular. Oxidante: HNO3. Eq-gr = 63/8 Reductor: Zn. Eq-gr = 65/2 b. NaIO3 + Na2SO3 + NaHSO3 → I2 + Na2SO4 + H2O 2IO3− + 12H+ + 10e− → I2 + 6H2O 5 × [SO32− + H2O −2e− → SO42− + 2H+]  2IO3− +5SO32− + 2H+ → I2 + 5SO42− + 6H2O

Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. Reacción iónica global.

2NaIO3 + 3Na2SO3 + 2NaHSO3 → I2 + 5Na2SO4 + H2O Reacción molecular. Oxidante: NaIO3. Eq-gr = 198/5 Reductor: Na2SO3 Eq-gr = 126/2 c. KMnO4 + KCl + H2SO4 → MnSO4 + Cl2 + KHSO4 + H2O 2 × [MnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O] Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 5 × [2Cl− − 2e− → Cl2]  2MnO4− + 16H+ + 10Cl− → 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O Reacción iónica global. 2KMnO4 + 10KCl + 14H2SO4 → 2MnSO4 + 5Cl2 + 12KHSO4 + 8H2O

Reacción molecular.

Oxidante: KMnO4. Eq-gr = 158/5 Reductor: KCl. Eq-gr = 74’5/2 d. KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O 2 × [MnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O] Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 5 × [SO32− + H2O − 2e− → SO42− + 2H+]  2MnO4− + 5SO32− + 6H+ → 2Mn2+ + 5SO42− + 3H2O Reacción iónica global. 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

Reacción molecular.

Oxidante: KMnO4. Eq-gr = 158/5 Reductor: Na2SO3. Eq-gr = 126/2 e. K2Cr2O7 + HI + HClO4 → Cr(ClO4)3 + I2 + KClO4 + H2O Cr2O72− + 14H+ + 6e− → 2Cr3+ + 7H2O Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 3 × [2I− −2e− → I2]  Cr2O72+ + 6I− + 14H+ → 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O Reacción iónica global. K2Cr2O7 + 6HI + 8HClO4 → 2Cr(ClO4)3 + 3I2 + 2KClO4 + 7H2O

-1-

Reacción molecular.

Oxidante: K2Cr2O4. Eq-gr = 246/6 Reductor: HI. Eq-gr = 128/1 f. K2MnO4 +HCl → KMnO4 + MnO2 + KCl + H2O MnO42− + 4H+ + 2e− → MnO2 + 2H2O Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 2 × [MnO42− − e− → MnO4−]  MnO42− + 2MnO42− + 4H+ → MnO2 + 2MnO4− + 2H2O Reacción iónica global. 3K2MnO4 + 4HCl → 2KMnO4 + MnO2 + 4KCl + 2H2O

Reacción molecular.

Oxidante: K2MnO4. Eq-gr = 197/2 Reductor: K2MnO4. Eq-gr = 197/1 g. NaClO + As + NaOH → Na3AsO4 + NaCl + H2O 5 × [ClO− + H2O + 2e− → Cl− + 2OH−] Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. 2 × [As + 8OH− − 5e− → AsO43− + 4H2O]  5ClO− + 2As + 6OH− → 5Cl− + 2AsO43− + 3H2O Reacción iónica global. 5NaClO + 2As + 6NaOH → 2Na3AsO4 + 5NaCl + 3H2O

Reacción molecular.

Oxidante: NaClO. Eq-gr = 74’5/2 Reductor: As. Eq-gr = 75/5 h. KNO3 + MnO + KOH → K2MnO4 + KNO2 + H2O Semireacción de Reducción. 2 × [NO3− + H2O + 2e− → NO2− + 2OH−] MnO + 6OH− − 4e− → MnO42− + 3H2O Semireacción de Oxidación.  2NO3− + MnO + 2OH− → 2NO2− + MnO42− + H2O Reacción iónica global. 2KNO3 + MnO + 2KOH → K2MnO4 + 2KNO2 + H2O

Reacción molecular.

Oxidante: KNO3. Eq-gr = 101/2 Reductor: MnO. Eq-gr = 71/4 i.

Br2 + Mn(OH)2 + KOH → MnO2·H2O + KBr + H2O Br2 + 2e− → 2Br− Mn + 4OH− − 2e− → MnO2 + 2H2O  Br2 + Mn2+ + 4OH− → 2Br− + MnO2 + 2H2O 2+

Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación.

Br2 + Mn(OH)2 + 2KOH → MnO2·H2O + 2KBr + H2O

Reacción iónica global. Reacción molecular.

Oxidante: Br2. Eq-gr = 160/2 Reductor: Mn(OH)2. Eq-gr = 89/2 j.

Bi(OH)3 + Na2SnO2 → Na2SnO3 + Bi + H2O 2 × [Bi3+ + 3e− → Bi] 3 × [SnO2 + 2OH− − 2e− → SnO32+ + H2O]  2Bi3+ + 3SnO22+ + 6OH− → 2Bi + 3SnO32+ + 3H2O 2+

-2-

Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. Reacción iónica global.

2Bi(OH)3 + 3Na2SnO2 → 3Na2SnO3 + 2Bi + 3H2O

Reacción molecular.

Oxidante: Bi(OH)3. Eq-gr = 260/3 ; Reductor: Na2SnO2. Eq-gr = 197’7/2 k. KMnO4 + CH3−CH2OH → K2CO3 + MnO2 + H2O 4 × [MnO4− + 2H2O + 3e− → MnO2 + 4OH−] CH3−CH2OH + 16OH− − 12e− → 2CO32− + 11H2O  4MnO4− + CH3−CH2OH → 4MnO2 + 2CO32− + 3H2O 4KMnO4 + CH3−CH2OH → 2K2CO3 + 4MnO2 + 3H2O

Semireacción de Reducción. Semireacción de Oxidación. Reacción iónica global. Reacción molecular.

Oxidante: KMnO4. Eq-gr = 158/3 Reductor: Na2SnO2. Eq-gr = 36/12 l. P4 + NaOH → PH3 + NaH2PO2 P4 + 12H2O + 12e− → 4PH3 + 12OH− 3 × [ P4 + 8OH− − 4e− → 4H2PO2− ]  4 P4 + 12OH− + 12 H2O → 12 H2PO2− + 4 PH3 4 P4 + 12NaOH− + 12 H2O → 12 NaH2PO2 + 4 PH3

Semirreacción de Reducción Semirreacción de Oxidación Reacción iónica global. Reacción molecular.

Oxidante: P4 . Eq-gr = 123’6/12 Reductor: P4 . Eq-gr = 123’6/4 2. Considere la reacción redox: CrO 72− + Fe 2+ + H + → Cr 3+ + Fe 3+ + H 2 O a) ¿Qué especie es el oxidante y a qué se reduce? ¿Pierde o gana electrones? Solución. El dicromato (Cr2 O 72− ) es la especie oxidante y se reduce a ión Cr3+. Gana 6 electrones para transformar el Cr6+ presente en Cr3+. b) ¿Qué especie es el reductor y a qué se oxida? ¿Pierde o gana electrones? Solución. El ión ferroso (Fe2+) es el reductor y se oxida a ión férrico (Fe3+). Pierde un electrón. c)

Ajuste por el método del ión-electrón la reacción molecular entre FeSO4 y K2Cr2O7 en presencia de ácido sulfúrico, para dar Fe2 (SO4)3 y Cr2 (S04)3, entre otras sustancias. Solución. El proceso se puede dividir en dos semireacciones Cr2 O 72− → Cr 3+

Fe 2 + → Fe 3+ Que se ajusta por separado. Se hace el ajuste teniendo en cuenta que se trabaja en medio ácido.

1.

Se ajustan las masas: Cr2 O 72− + 14H + → 2Cr 3+ + 7 H 2 O Fe 2 + → Fe 3+

2.

se ajustan las cargas: Cr2 O 72− + 14H + + 6e − → 2Cr 3+ + 7H 2 O Fe 2 + − 1e − → Fe 3+

3.

Hechos los ajustes de carga y masa se identifican los procesos y los agentes.

-3-

S.R.≡Semireacción

4.

Se combinan las ecuaciones para eliminar entre dos los electrones.

Obteniendo la reacción iónica global. Cr2 O 72− + 6Fe 2 + + 14H + → 2Cr 3+ + 6Fe 3+ + 7 H 2 O 5. Teniendo en cuenta las sales y ácidos presentes en el medio, se formula la reacción molecular global. K 2 Cr2 O 7 + 6FeSOy + 7H 2 SO → Cr2 (SO 4 )3 + 3Fe 2 (SO 4 )3 + 7 H 2 O + K 2 SO 4 3. 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 ión-electrón. Solución. Se plantea un proceso de obtención del cloro que responde a la siguiente ecuación química sin ajustar. HCl + HNO 3 → Cl 2 + NO 2 + H 2 O En el transcurso del proceso, hay dos elementos (cloro y nitrógeno) que modifican su valencia al pasar de reactivos o productos: Cloro : 1− → 0 Nitrógeno : 5+ → 0 Lo cual indica que es un proceso de oxidación reducción y se ajusta empleando el método: ión-electrón en medio ácido.

Teniendo en cuenta las sales y ácidos presentes en el medio, se formula la reacción molecular global. 2HNO 3 + 2HCl → 2 NO 2 + Cl 2 + 2H 2 O

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%. Solución. Por estoiquiometría se establece la relación entre el HCl y el Cl2 Cl 2 1 1 ; n (Cl 2 ) n (HCl ) = HCl 2 2 mol n (HCl ) = V·M = 0'5L·2 = 1mol L 1 1 n (Cl 2 ) = ⋅1 = 2 2 Conocidos los moles de cloro, se calcula el volumen teórico del cloro con la ecuación gases ideales. 1 ⋅ 0'082 ⋅ 298 n ⋅R ⋅T 2 v= = = 12'2 L P 1

-4-

El volumen real se obtiene a partir del dato del rendimiento. R 80 VR = VT · = 12'2· = 9'77 L 100 100 4. (Septiembre 1999) Considere la reacción: NHO3 + Cu ↔ Cu(NO3)2 + NO(g) + H2O. Datos: Masas atómicas: Cu = 63’5; O = 16; N = 14; H = 1, R = 0’082 atm.1.mol−1.K−1. a) Ajuste la reacción por el método ión−electrón. Solución. Los elementos que varían su valencia son: N : 5+ → 2 + Cu : 0 → 2 +

La semireacciones ajustadas por el método ión- electrón en medio ácido son:

Teniendo en cuenta las sales y ácidos presentes en el medio, se formula la reacción molecular global.

8NO 3 H + 3Cu → 2 NO + 3Cu (NO 3 )2 + 4H 2 O

b) Calcule los pesos equivalentes de HNO3 y Cu2+. Solución.

Oxidante: HNO 3 Reductor: Cu

M 63 = = 21 gr Eq − gr 3 3 M 63'5 Peq = = = 31'75 gr Eq − gr 2 2 Peq =

¿Qué volumen de NO (medio a 1 atmósfera y 273 K) se desprenderá si se oxidan 2’50 g de cobre metálico? Solución. Se puede hacer de dos formas: c)

I)

Volumetría Red-Ox. En el punto de equivalencia se debe de cumplir: n º eq − gr (Cu ) = n º eq − g(NO ) :

teniendo en cuenta:

m(Cu ) m(NO ) = Peq (Cu ) Peq (NO )

M (NO )  v  : m(Cu ) = n (NO ) ⋅ v  m(NO ) = n (NO )  Peq (Cu )  M(NO )

Peq (NO ) =

n (NO ) =

m(Cu ) 2,5 = = 0'026 v(NO ) ⋅ Peq (Cu ) 3 ⋅ 31'75

Conocido el número de moles de monóxido de nitrógeno se calcula el volumen mediante la ecuación de gases ideales. n (NO ) ⋅ R ⋅ T 0'026 ⋅ 0'082 ⋅ 273 V(NO ) = = = 0'588 L P 1

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II) Mediante las relaciones estequiométricas entre el Cu y el NO. 2 2'5 2 NO 2 ; n (NO ) = n (Cu ) = ⋅ = = 0'026 3 63'5 3 Cu 3

Se obtiene el mismo número de moles que los calculados por el 1º método, por lo tanto también coincide el volumen de cloro 5. Dados los equilibrios: KMnO4 + FeCl2 + HCl ↔ MnCl2 + FeCl3 + KCl + H2O KMnO4 + SnCl2 + HCl↔ MnCl2 + SnCl4 + KCl + H2O a) Ajuste ambas reacciones. Solución. I) KMnO 4 + FeCl 2 + HCl → MnCl 2 + FeCl 3 + KCl + H 2 O Elementos que varían su valencia: Mn : 7 + → 2+ : Gana e Fe : 2+ → 3+ : Pierde e -

Las semireacciones (S.R.) ajustadas en medio ácido son:

Por tanteo a partir de la iónica se obtiene la reacción molecular: KMnO 4 + 5Fe Cl 2 + 8HCl → MuCl 2 + 5FeCl 3 + 4H 2 O + KCl Peq (KMnO 4 ) =

M (KMnO 4 ) 158 M (FeCl 2 ) 127 Peq (FeCl 2 ) = = = 31'6 gr = = 127 gr eq eq 5 5 1 1

II) KMnO 4 + SnCl 2 + HCl → MnCl 2 + SnCl 4 + KCl + H 2 O Elementos que cambien la valencia: Mn : 7 + → 2 + Gana e − Sn : 2+ → 4 + Pierde e −

Las semireacciones ajustadas en medio ácido son:

Por tanteo a partir de la iónica se obtiene la reacción molecular: 2KMnO 4 + 5 SnCl 2 + 16HCl → 2MnCl 2 + 5 SnCl 4 + 8H 2 O + 2KCl Peq (KMnO 4 ) =

M(KMnO 4 ) 158 M(SnCl 2 ) 189'7 Peq (SnCl 2 ) = = = 31'6 gr = = 94'85 gr eq eq 5 5 2 2

b) Calcule el volumen de KMnO4 0,1 M necesario para oxidar el Fe+2 y el Sn2+ contenidos en 10 g de una muestra que contiene partes iguales en peso de sus cloruros. Solución. El volumen de KMnO4 pedido es la suma de los volúmenes empleados para la oxidación de Fe 2 + y S 2n + presente en la disolución. Los moles de KMnO4 se puede calcular por equivalentes red-ox o por estequiometria.

-6-

Por equivalentes red-ox. Para el Fe 2+ , en el punto de equivalencia se cumple: n º eq - gr (oxidante ) = n º eq - gr (reductor )

N(KMnO 4 ) ⋅ V1 =

m( FeCl 2 ) (1) Peq (FeCl 2 )

La normalidad de permanganato se obtiene a partir de la relación N = M⋅v N(KMnO 4 ) = M(KMnO 4 ) ⋅ v Re d −ox = 0'1 ⋅ 5 = 0'5 eq

L

La masa del cloruro de ferroso se obtiene del enunciado. m(FeCl 2 ) = m(SnCl 2 )   : m(FeCl 2 ) = m(SnCl 2 ) = 5 gr m(FeCl 2 ) + m(SnCl 2 ) = 10 Sustituyendo en la igualdad (1) 0'5 ⋅ VOx =

5 → VOx = 0'079 L = 79 mL 127

Para el Sn 2+ . Al igual que en el caso anterior n º eq - gr (OX ) = n º eq - g(Red ) n º eq - g(KMnO 4 ) = n º eq − g(SnCl 2 ) N(KMnO 4 ) ⋅ V2 =

m(SnCl 2 ) (2) Peq (SCl 2 )

conocidos todos los valores se sustituyen en la igualdad (2)  N(KMnO 4 ) = 0'5 eq  L 5 ′ = ′ = 0'105 L = 105 mL m(SnCl 2 ) = 5 gr  : 0'5 ⋅ VOx → VOx 94'85  gr Peq (SCl 2 ) = 94'85 eq  El volumen total será la suma de los dos volúmenes. VT = 79 + 105 = 184 mL Por estequiometria.

El nº moles de KMnO 4 necesarios para oxidar todos los cationes hierro(II) y estaño(II) contenidos en la disolución es: KMnO 4 1 1 1 m(FeCl 2 ) 1 5 = ; n 1 (KMnO 4 ) = ⋅ n (FeCl 2 ) = ⋅ = ⋅ = 0'079 FeCl 2 5 5 5 M (FeCl 2 ) 5 127 KMnO 4 2 2 2 m(SnCl 2 ) 2 5 = ; n 2 (KMnO 4 ) = ·n (SnCl 2 ) = · = ⋅ 0'0105 SnCl 2 5 5 5 M (SnCl 2 ) 5 189'7

n T (KMnO 4 ) = n1 + n 2 = 0'0184 Conociendo los moles totales y la molaridad, se calcula el volumen de la disolución de KMnO4 . n n 0'0184 M= → V= = = 0'184 L V M 0'1 V = 184 mL

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6. El dicromato potásico oxida al yoduro sódico en medio ácido sulfúrico y se origina sulfato sódico, sulfato de cromo (III) y yodo. ¿De qué normalidad será una disolución de yoduro sódico, sabiendo que 30 mL de la misma necesitan para su oxidación 60 mL de una disolución de dicromato potásico, que contiene 49 g/l de dicromato potásico? Datos: Masas atómicas K = 39, Cr = 52, O = 16, I = 127 Solución. K 2 Cr2 O 7 + NaI + H 2 SO 4 → Cr2 (SO 4 )3 + I 2 + Na 2 SO 4

El problema se puede resolver sin necesidad de ajustar la reacción. Teniendo en cuenta que en el punto de equivalencia de una reacción red-ox de debe cumplir que: n º eq - gr (OX ) = n º eq - gr (Red )

En disolución, esta igualdad se transforma en: N OX ⋅ VOX = N Re d ⋅ VRe d La normalidad se puede relacionar con la molaridad por la igualdad N = M ⋅ v . Sustituyendo en la expresión anterior. M OX ⋅ v OX ⋅ VOX = M Re d ⋅ v Re d ⋅ VRe d (1) Oxidante: átomo ó grupo de átomos que gana e-. Cr2 O 72− + 6e − → 2Cr 3+ : v OX = 6 Reductor: átomo ó grupo de átomos que pierde e-. 2I − − 2e − → I 2 , v Red = 1 Del enunciado se extraen todos los datos restantes necesarios 49 gr ml = 0'1667 M OX = M (K 2 Cr2 O 7 ) = gr 294 ml −3 VOx = 60 mL = 60×10 L VRed = 30 mL = 30×10−3 L Sustituyendo los datos en (1). 0’1667 · 6 · 60×10−3 = M(NaI) · 1 · 30×10−3 M(NaI ) = 2 ml l Otra forma de resolver el problema, es por relaciones estequiométricas. Para ello es necesario ajustar la reacción, y esto se consigue por el método ión-electrón.

Mediante la reacción iónica se puede obtener las reacciones estequiométricas entre el oxidante (K2Cr2O7) y el reductor (NaI). Na I 6 = ⇒ n (NaI ) = 6 · n (K 2 Cr2 O 7 ) K 2 Cr2 O 7 1 9 49· ·60 · 10 −3 l l = 0'01 299 gr mol n (NaI ) = 6 · 0'01 = 0'06 Conocido el nº de moles y el volumen se calcula la concentración. n (NaI ) 0'06 = = 2 mol M (NaI ) = l V 30·10 −3 m(K 2 Cr2 O 7 ) n (K 2 Cr2 O 7 ) = = M(K 2 Cr2 O 7 )

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7. En medio ácido, el clorato potásico reacciona con cloruro de hierro (II) para dar cloruro de hierro (III) y cloruro potásico. Ajuste la reacción completa por el método del ión-electrón y calcule los pesos equivalentes del oxidante y del reductor. Datos: Masas atómicas: Cl = 35’5; O = 16; K = 39; Fe = 55’8 Solución. KClO 3 + FeCl 2 + H + → FeCl 3 + KCl

Elementos que varían su valencia Cl : 5+ → 1 −

Gana e Pierde e -

Fe : 2+ → 3 +

Semireacciones ajustadas en medio ácido

Oxidante: Gana electrones.

KClO 3

Reductor: Pierde electrones. FeCl 2

M 122'5 = = 20'42 gr Eq v 6 M 126'8 = = 126'8 gr Peq = Eq v 1

Peq =

8. Escriba y ajuste la reacción de reducción de ácido arsénico (H3AsO4) a arsina (AsH3) por cinc metálico, oxidándose este a Zn (II). Solución. H 3 AsO 4 + Zn → AsH 3 + Zn 2+ Elementos que cambian de valencia: As : 5+ → 3 − Zn : 0 → 2 +

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Por tanteo se obtiene la molecular H 3 AsO 4 + 4 Zn + 8H + → AsH 3 + 4 Zn 2+ + 4H 2 O 9. La reacción entre el ácido nítrico y el cinc metálico conduce a la formación de nitrato de zinc (II) y nitrato amónico en disolución acuosa. a) Escriba y ajuste la reacción Solución. HNO3 + Zn → Zn(NO3)2 + NH4NO3

Elementos que cambian de valencia:

N : 5+ → 3 − Zn : 0 → 2 +

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Semireacciones ajustadas en medio ácido:

( )

Reacción molecular. Puesto que en la reacción hacen falta 10 protones H + , se ajustan poniendo 10 moléculas de ácido nítrico. Teniendo en cuanta que de las diez solo una se reduce a ión amonio, quedando las otras nueve para formar sales. 10HNO3 + 4Zn → NH4NO3 + 4Zn(NO3)2 +3H2O b) Calcule el volumen de ácido nítrico de densidad 1,25 g/mL y 25% de riqueza en peso que se necesita para disolver 5 g de cinc. DATOS: Masas atómicas, Zn = 65,4; O = 16; N = 14; H = 1 Solución. En este caso no es posible hacer este cálculo por la igualdad entre equivalentes, ya que la relación estequiométrica entre el ácido nítrico y el zinc no coincide con la relación entre sus valencias, debido a que el oxidante es un ácido y también se usa como generador de protones.

Por la estequiometria de la reacción. HNO 3 10 5 5 = ; = 0'191 moles n (HNO 3 ) = n (Zn ) = 65'4 2 Zn 4 Conocidos los moles de HNO 3 puro se calcula la masa en gramos. m(HNO 3 ) = n ⋅ M = 0'191 ⋅ 63 = 12'041 gr = m(s ) Con las especificaciones comerciales del ácido, se calcula el volumen. 1. Mediante la riqueza se calcula la masa de la disolución. m (s ) ·100 dn (d + s )

m(s ) ·100 = 48'165gr R 2. Conocida la masa de la disolución y la densidad, se calcula el volumen. R=

m(s )    → m(d + s ) =

m(s )

m (d + s )  V →; V d=

=

m(d + s ) = 38'5mL d

10. Dadas las siguientes reacciones: ácido sulfúrico + ácido sulfhídrico ↔ azufre + agua ácido sulfúrico + hidróxido sódico ↔ sulfato sódico + agua a) Ajuste ambas reacciones y calcule el peso equivalente del ácido sulfúrico en cada una de ellas. Solución. I) H2SO4 + H2S → S + H2O Elementos que cambian de valencia. S : +6 → 0

Gana e -

S : −2 → 0

Pierde e -

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Los aniones se ajustan con los protones para formar ácidos y se obtiene la reacción molecular. H2SO4 + 3 H2S → 4 S + 4 H2O

- 10 -

Peq =

M : Masa necesaria para que se produzcan el número de Avogadro de reacciones v

elementales. Para la reacción de reducción del ácido sulfúrico a Azufre elemental, por ser un proceso red-ox, la valencia en el número de electrones que se transfiere. ) M 98 = = 18'3 gr Peq (H 2 SO 4 ) = Eq v 6 II) H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O Reacción de neutralización ácido-base. La valencia del ácido sulfúrico en este tipo de reacciones es el número de protones que puede ceder (v = 2 ) . Peq (H 2 SO 4 ) =

98 = 49 gr Eq 2

b) Calcule cuantos gramos de hidróxido sódico reaccionarán con un equivalente de ácido sulfúrico. DATOS: S = 32, Na = 23, 0 = 16, H = 1 Solución. n º eq − gr (ácido ) = n º eq − gr (base ). m(NaOH ) m(NaOH ) m 1= = = ⇒ m = 40gr 40 Eq − gr (NaOH ) M(NaOH ) 1 v(ácida ) 11. El dicromato potásico, en medio ácido sulfúrico, oxida al peróxido de hidrógeno formando oxígeno y reduciéndose a cromo (III) a) Ajuste por el método del ión electrón la reacción que tiene lugar. Solución. K2Cr2O7 + H2O2 + H2SO4 → O2 + Cr2(SO4)3

Los elementos que cambian de valencia son: Cr : 6+ → 3 +

Gana e -

O : 1− → 0

Pierde e -

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Simplificando los protones: Su forma molecular en medio ácido sulfúrico es: K2Cr2O7 + 3 H2O2 + 4 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + O2 + 7 H2O + K2SO4 b) Calcule el peso equivalente del dicromato potásico y del peróxido de hidrógeno en esta reacción. DATOS: Masas atómicas: Cr = 52; O = 16; H = 1; K = 39 Solución. Peso equivalente. Masa en gramos necesaria para que se produzcan el número de Avogabro de reacciones elementales. M Peq = : v ≡ Valencia red-ox, número de electrones que se transfieren. v

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M 294 = = 49 gr eq v 6 M 34 = = = 17 gr Eq v 2

K 2 Cr2 O 7 : Peq = H 2 O 2 : Peq

12. El ácido clorhídrico concentrado reacciona con óxido de manganeso (IV) para dar cloro elemental y cloruro de manganeso (II). a) Ajuste la ecuación completa por el método del ión-electrón. Solución. HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2

Elementos que cambian de valencia: Mn : 4+ → 2 + Cl : 1− → 0

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido:

Transformando los iones en sales ó ácidos, se obtiene la reacción molecular ajustada. MnO2 + 4 HCl → Cl2 + MnCl2 + 2 H2O b) Calcule el volumen de ácido clorhídrico necesario para hacer reaccionar completamente 1 g de óxido manganeso(IV) si el ácido tiene una riqueza del 35% y su densidad es de 1’17 g/cm3. DATOS: Masas atómicas: Mn = 55; Cl = 35,5; O = 16; H = 1. Solución. Por estequiometria de la reacción: 1gr HCl 4 = ; n (HCl ) = 4 ⋅ n (MnO 2 ) = 4 ⋅ MnO 2 1 87 gr ml Conocidos por estequiometria los moles de ácido clorhídrico se calcula la masa de ácido puro. n (HCl ) = 0'046 ; m(HCl ) = n·M = 0'046 ml ⋅ 36'5 gr ml m(HCl ) = 1'678 gr

Para calcular el volumen necesario, se tiene en cuenta las especificaciones comerciales de la disolución (densidad y riqueza). Con la riqueza se calcula la masa de la disolución. m(s ) 1'678 m d +s = ·100 = ·100 = 4'795gr R 35 El volumen, se calcula con la densidad. 4'795 gr m V= = = 4'1cm 3 d 1'17 gr cm 3

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13. El permanganato (tetraoxomanganato (VII)) de potasio, en medio ácido sulfúrico, oxida al sulfato de hierro (II) y reduciéndose él a manganeso (II). a) Ajuste por el método del ión electrón la reacción que tiene lugar. Solución. KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

Elementos que cambian de valencia: Mn : 7 + → 2 + Fe : 2+ → 3 +

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Transformando los iones a su forma molecular teniendo en cuenta el medio de trabajo(H2SO4). 5 1 KMnO 4 + 5FeSO 4 + 4H 2 SO 4 → MnSO 4 + Fe 2 (SO 4 )3 + 4H 2 O + K 2 SO 4 2 2 Multiplicando por 2 toda la ecuación para no dejar coeficientes estequiométricos fraccionarios: 2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 → 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + 8 H2O + K2SO4 b) Si se dispone de 25 ml de disolución de sulfato de hierro (II) 0’5 M, calcule el peso de permanganato de potasio necesario para su completa oxidación. DATOS: masas atómicas Mn = 55; O = 16; K = 39 Solución. La forma mas rápida y sencilla de hacer este apartado es por equivalente, aunque también se puede hacer por estequiometria.

Por equivalentes red-ox:

n º eq − gr (Ox ) = n º eq − gr (Re d )

n º eq − gr (KMnO 4 ) = n º eq − gr (FeSO 4 ) 14442444 3 144 42444 3 Sólico

Disolución

teniendo en cuenta el estado de agregación de cada uno: m(KMnO 4 ) = N FeSO 4 ⋅ V (1) Eq − gr (KMnO 4 ) M 158 = = 31'6 gr Eq v 5 N(FeSO 4 ) = M(FeSO 4 ) ⋅ v = 0'5 ⋅1 = 0'5

Eq − gr (KMnO 4 ) =

Sustituyendo en la igualdad (1): m(KMO 4 ) = 0'5 ⋅ 25 × 10 −3 31'6 m (KMnO4) = 0’395 gr Por estequiometria: KMnO 4 2 = FeSO 4 10

→

n (KMO 4 ) =

1 1 n (FeSO 4 ) = ⋅ M ⋅ V 5 5

1 ⋅ 0'5 ⋅ 25 × 10 −3 = 2'5 × 10 −3 moles 5 m (KMnO4) = n · M = 2’5×10−3 · 158 = 0’395 gr n (KMnO 4 ) =

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14. El hipoclorito sódico (oxoclorato (I) de sodio) reacciona con nitrato de plomo (II) y se obtienen, entre otras sustancias, óxido de plomo (IV) y cloruro sódico. Escriba y ajuste las ecuaciones iónicas parciales y la reacción iónica completa. Solución.

Elementos que varían se valencia: Cl : 1+ → 1 − Pb : 2+ → 4 +

Gana electrones Pierde electrones

Las semireacciones ajustadas en medio ácido son:

Simplificando los protones y el agua entre los dos miembros se obtiene la reacción iónica.

Completando iones se obtiene la reacción molecular. NaClO + Pb(NO 3 )2 + H 2 O → NaCl + PbO 2 + 2HNO 3 15. a) Defina los conceptos de oxidación y reducción e indique como varían los números de oxidación en cada caso. Solución. • Oxidación: Proceso en el que un átomo ó grupo de átomos pierde electrones. Aumenta su valencia. • Reducción: Proceso en el que un átomo ó grupo de átomos gana electrones. Disminuyendo su valencia. b) ¿A qué tipo de procesos corresponden las semirreacciones? : (1) H2O2 → H2O+...... (2) H2O2 → O2+......... Solución. (1) H2O2 → H2O +...... El oxigeno cambia de valencia 1− a 2−, gana electrones, luego es un proceso de reducción.

(2) H2O2 → O2 +......... El oxigeno cambia de valencia 1− a 0, pierde electrones, luego es un proceso de oxidación. c) Ajuste ambas reacciones. Solución. (1) 2H 2 O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O

(2) La segunda reacción se puede ajustar en medio ácido o en medio básico. • Básico: H 2 O 2 + 2OH − − 2e − → O 2 + 2H 2 O •

Ácido: H 2 O 2 − 2e − → O 2 + 2H +

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16. El ácido nítrico oxida al ácido sulfhídrico a azufre mientras que él se reduce a ión amonio. a) Ajuste dicha reacción por el método del ión-electrón. Solución. HNO 3 + H 2 S → S + NH +4

Elementos que cambian su valencia: N : 5+ → 3 − S : 2− → 0

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido:

• •

Los 10 protones los repartimos de la siguiente forma: 8H+ formando 4 moléculas de H2S 2H+ formaran 2 moléculas de HNO3 , de las dos moléculas, una se reduce a ión amonio y la otra se mantiene como nitrato para formar sales nitradas (Ión portador). 2HNO 3 + 4H 2 S → NH 4 NO 3 + 4S + 3H 2 O

b) Calcule qué volumen de ácido nítrico 0,1 M será necesario para oxidar 0,0425 gramos de ácido sulfhídrico. DATOS: Masas atómicas: S = 32 O = 16 N = 14 H = 1 Solución. Se puede hacer de dos formas: (1) Por equivalentes:

n º eq − grOx (HNO 3 ) = n º eq − grRe d (H 2 S) 144424443 14442444 3 liquido

Sólido

Teniendo en cuenta el estado de agregación N(HNO 3 ) ⋅ V(HNO 3 ) =

m(H 2 S) Eq − gr (H 2 S)

M v Donde v es la valencia red-ox, número de electrones que se transfieren en la semireacción. m(H 2 S) M(HNO 3 ) ⋅ V(HNO 3 ) ⋅ v(HNO 3 ) = M(H 2 S) v(H 2 S) Sustituyendo por los valores: 0'0425 0'1 ⋅ V(HNO 3 ) ⋅ 8 = 34 2 Despejando V(HNO3) = 3’125×10−3 L =3’125 mL N = M⋅v ;

Eq - gr =

(2) Por estequiometria: HNO 3 2 = ; H 2S 4

n (HNO 3 ) =

n (HNO 3 ) =

1 n (H 2 O ) 2

1 0'0425 ⋅ = 6'25 × 10 − 4 2 34

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Conociendo el número de moles, se calcula el volumen con la molaridad. n n 6'25 × 10 −4 M= ; V= = = 6'25 × 10 −3 L V M 0'1 V(HNO 3 ) = 6'25 mL 17. (Junio 2000) El cloro molecular en presencia de hidróxido de sodio se transforma en cloruro de sodio y clorato de sodio. a) Ajuste la reacción que tiene lugar por el método del ión electrón. Solución. Cl 2 + NaOH → NaCl + NaClO 3

Se produce una reacción de disminución. Un mismo elemento (Cl 2 ) se reduce y se oxida. Cl : 0 → −1 Gana electrones Cl : 0 → +5 Pierde electrones Semireacciones ajustadas en medio básico.

Completando los iones con Na se obtiene la ecuación molecular. 6Cl 2 + 12 NaOH → 10 NaCl + 2 NaClO 3 + 6H 2 O b) Calcule cuántos gramos de hidróxido de sodio será necesario añadir para que reacciones un mol de cloro. DATOS: Masas atómicas: Na = 23; O = 16; H = 1 Solución. Por la estequiometria de la reacción: NaOH 12 = ; n (NaOH ) = 2n (Cl 2 ) = 2 ⋅1 = 2 moles Cl 2 6 m(NaOH ) = n (NaOH ) ⋅ M(NaOH ) = 2 moles ⋅ 40

gr = 80gr ml

18. Los iones bromato oxidan a los iones bromuro en medio ácido, originándose bromo molecular. a) Ajuste dicha reacción por el método del ión electrón. Solución. +

H BrO 3− + Br − →  Br2

Elementos que cambian de valencia: Br : 5+ → 0 Br : 1− → 0

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido:

Si no se especifica el ácido, la reacción molecular se puede dejar de la siguiente forma. 2 NaBrO 3 + 10 NaBr + 12H + → 6Br2 + 6H 2 O + 12K +

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b) Calcule los gramos de bromato potásico que son necesarios para oxidar completamente el bromuro potásico contenido en 50 ml de una disolución 0,1 M de dicha sal. Datos: Masa atómicas, Br = 80, O = 16, K = 39 Solución. El apartado se puede hacer por estequiometria o por equivalentes. i) Estequiometria: KBrO 3 2 1 = ; n (KBrO 3 ) = n (KBr ) KBr 10 5

Conocido el número de moles y teniendo en cuenta que el KBr está en disolución: 1 n (KBrO 3 ) = M(KBr ) ⋅ V(KBr ) 5 1 n (KBrO 3 ) = 0,1⋅ 50 × 10 −3 = 1× 10 −3 mol 5 gr m(KBrO 3 ) = n (KBrO 3 ) ⋅ PM (KBrO 3 ) = 1× 10 −3 mol ⋅167 = 0,167 gr mol ii)

Por equivalentes: En el punto de equivalencia se debe cumplir: n º eq − gr (Ox ) = n º eq − gr (Re d ) n º eq − gr (KBrO 3 ) = n º eq − gr (KBr )

Teniendo en cuenta los estados de agregación de cada uno: m(K (BrO 3 )) = N(KBr ) ⋅ V(KBr ) Peq (KBrO 3 ) 1442443 Líquido 14 4244 3 Sólido

De las semireacciones, se obtiene la valencia de cada proceso, necesaria para calcular el peso equivalente del bromato potásico (KBrO 3 ) y la normalidad del bromuro potásico (KBr ) . M(KBrO 3 ) 167 Peq(KBrO 3 ) = = = 33'4 gr eq v 5 N(KBr ) = M ⋅ v = 0'1 ⋅1 = 0'1

Sustituyendo en la igualad;

Despejando:

m(KBrO 3 ) = 0'1 ⋅ 50 × 10 −3 33'4 m(KBrO 3 ) = 0'167 gr = 167 mgr

También se puede calcular por la estequiometria de la reacción: 19. El peróxido de hidrógeno reacciona con permanganato de potasio [tetraoxomanganato (VII) de potasio], en medio ácido sulfúrico, formándose una disolución acuosa de sulfato de manganeso (II) y sulfato de potasio, y desprendiéndose oxígeno. DATOS: R = 0.082 atm·L·mol–1·K – 1. Masas atómicas: Mn = 54.94; O = 16; K = 39.1 a) Escriba y ajuste la reacción molecular completa. Solución. H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + O2

Elementos que cambian de valencia: Mn : 7 + → 2 + O : 1− → 0

Gana electrones Pierde electrones

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Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Se transforman los iones en moléculas teniendo en cuenta el medio de trabajo (H2SO4), y los cationes presentes (K+). 5 H2O2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 2 MnSO4 + K2SO4 + 5 O2 + 8 H2O b) Calcule el volumen de disolución 1 M de permanganato de potasio empleado, si se desprendieron 5 L de oxígeno, medidos a 0ºC y 1 atm. Solución. Dos formas de resolver el apartado, por estequiometria o por equivalentes: Por la estequiometria de la reacción: KMnO 4 2 2 2 P ⋅ V(O 2 ) = → n (KMO 4 ) = n (O 2 ) = ⋅ O2 5 5 5 R ⋅T 2 1⋅ 5 ⋅ = 0'089 moles 5 0'082 ⋅ 273 conocidos los moles de soluto (KMnO4) y la concentración de la disolución se calcula el volumen mediante la definición de molaridad. n M= Vd + s (l ) n (KMnO 4 ) =

Vd + s (l ) =

n 0'089(mol) = = 0'089(L ) = 89(mL ) M 1 mol l

(

)

Por equivalentes:

nº Eq-gr (KMnO4) = nº Eq-gr (H2O2) Teniendo en cuenta el estado de agregación de cada uno: N KMnO 4 ⋅ VKMnO 4 = n (O 2 ) ⋅ v O 2 La normalidad de oxidante se puede relacionar con la molaridad mediante la ecuación: N=M·v Y el número de moles de oxígeno se calcula mediante la ecuación de gases ideales. P ⋅ VO 2 M KMnO 4 ⋅ v KMnO 4 ⋅ VKMnO 4 = ⋅ v O2 R ⋅T Teniendo en cuenta que la valencia red-ox es el número de electrones que se transfieren en la semirreacción, la valencia del permanganato potásico es 5 y la del peroxido de hidrógeno es 2, sustituyendo: 1⋅ 5  mol   eq − gr  (mol)⋅ 2 eq − gr  1  ⋅ V(l ) =  ⋅ 5 0'082 ⋅ 273  l   mol   mol 

( )

V( KMnO 4 = 1M ) = 0'089(L ) = 89 cm 3

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20. (Septiembre 2000) Para determinar la concentración de ión yoduro de una disolución se utiliza permanganato de potasio (tetraoxomanganato (VII) de potasio) en medio ácido, siendo los productos de la reacción yodo y manganeso (II). a- Escriba y ajuste la reacción que tiene lugar. Solución. +

H KI + KMnO 4 →  I 2 + Mn 2 + Elementos que cambian de valencia: Mn : 7 + → 2 + Gana electrones I : 1− → 0 Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

La reacción molecular sin especificar el tipo de ácido quedaría de la siguiente forma: 10KI + 2KMnO 4 + 16H + → 5I 2 + 2Mn 2 + + 12K + + 8H 2 O b- Si para valorar 18.4 mL de una disolución de yoduro de potasio se gastaron 27.6 mL de permanganato de potasio 0.08 M, ¿cuál será la concentración de la disolución de yoduro de potasio? Solución. Este apartado se puede hacer por estequiometria o por equivalentes:

• Estequiometria KI 10 = KMnO 4 2

→

n (KI ) = 5 ⋅ n (KMO 4 )

Para disoluciones, teniendo en cuenta la definición de molaridad, el número de moles se puede expresar en función del volumen y de la concentración M(KI ) ⋅ V(KI ) = 5 ⋅ M(KMnO 4 ) ⋅ V(KMnO 4 ) sustituyendo M (KI ) ⋅18'4 × 10 −3 = 5 ⋅ 0'08 ⋅ 27'6 × 10 −3 M(KI ) = 0'6 • Equivalentes nº Eq-gr (KMnO4) = nº Eq-gr (KI) teniendo en cuenta que se trata de disoluciones: N KMnO 4 ⋅ VKMnO 4 = N KI ⋅ VKI teniendo en cuenta la relación entre la molaridad y la normalidad N = M·v M KMnO 4 ⋅ v KMnO 4 ⋅ VKMnO 4 = M KI ⋅ v KI ⋅ VKI la valencia red-ox es el número de electrones que se transfieren en la semirreacción, la valencia del permanganato potásico es 5 y la del yoduro es 1, sustituyendo: 0'08 ⋅ 5 ⋅ 27'6 × 10 −3 = M KI ⋅1 ⋅18'4 × 10 −3

despejando la molaridad M KI = 0'6

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21. (Septiembre 2001) El ácido clórico [trioxoclorato (V) de hidrógeno] reacciona con yodo en medio acuoso obteniéndose ácido yódico [trioxoyodato (V) de hidrógeno] y ácido clorhídrico. a. Escriba y ajuste la reacción por el método del ión-electrón. Solución. H O

HClO 3 + I 2 2→ HIO 3 + HCl Elementos que cambian de valencia: Cl : 5+ → 1 − Gana electrones I: 0 → 5+ Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Completando los iones con protones se llega a la ecuación molecular 5HClO 3 + 3I 2 + 3H 2 O → 5HCl + 6HIO 3

b. ¿Qué volumen de ácido clórico 2 M hará falta para que la reacción con 80 g de yodo sea completa? Datos. Masas atómicas: I = 127; Cl = 35’5; O = 16; H =1 Solución. Para calcular el volumen de ácido clórico 2M necesario se tiene en cuenta la estequiometria de la reacción. HClO 3 5 = I2 3 n (HClO 3 ) =

5 5 m(I 2 ) 5 80 n (I 2 ) = ⋅ = ⋅ = 0'52 moles 3 3 M(I 2 ) 3 2 ⋅127

conocidos los moles de soluto (HClO3) y la concentración de la disolución se calcula el volumen mediante la definición de molaridad. n M= Vd + s (l ) Vd +s (l ) =

n 0'52(mol) = = 0'26(L ) = 260(mL) M 2 mol l

(

)

El problema también se puede resolver por equivalentes. nº Eq-gr (Ox) = nº Eq-gr (Red) n º Eq − gr (HClO 3 ) = n º Eq − gr (I 2 ) teniendo en cuenta el estado de agregación de cada componente m I2 N HClO3 ⋅ VHClO3 = Eq − grI 2 con la relación entre la molaridad y la normalidad y la definición de equivalente la ecuación se transforma en: m I2 M HClO3 ⋅ v HClO3 ⋅ VHClO3 = M I2 v I2 Valencia: nº de e− que se transfiere en cada semireacción. Sustituyendo 80 2 ⋅ 6 ⋅ VHClO3 = 2 ⋅127 10 VHClO3 = 0'26(L )

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22. (Junio 2000) El cloro se obtiene por oxidación del ácido clorhídrico con dióxido de manganeso pasando el manganeso a estado de oxidación dos. a) Escriba y ajuste la reacción. Solución. HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2

Elementos que cambian de valencia: Mn : 4+ → 2 + Cl : 1− → 0

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido:

Transformando los iones en sales ó ácidos, se obtiene la reacción molecular ajustada. MnO2 + 4 HCl → Cl2 + MnCl2 + 2 H2O b) ¿Cuántos moles de dióxido de manganeso hay que utilizar para obtener dos litros de cloro gas, medidos a 25 ºC y una atmósfera? Datos: R = 0,082 atm . L . mol-1. K-1. Solución. Por estequiometria de la reacción: MnO 2 1 P⋅V 1⋅ 2 = ; n (MnO 2 ) = n (Cl 2 ) = = = 0'082 moles Cl 2 1 R ⋅ T 0'082 ⋅ 298

¿Qué volumen de ácido clorhídrico 2 M se requiere para obtener los dos litros de cloro del apartado b)? Solución. Teniendo en cuenta la relación estequiométrica entre el cloro y el ácido clorhídrico: c)

n (HCl ) = 4 ⋅ n (Cl 2 ) = 4 ⋅ 0'082 = 0'328 moles

conocidos los moles de soluto (HCl) y la concentración de la disolución se calcula el volumen mediante la definición de molaridad. n M= Vd + s (l ) Vd +s (l ) =

n 0'328(mol) = = 0'164(L ) = 164(mL) M 2 mol l

(

)

23. (Septiembre 1999) Un gramo de un mineral de hierro se disuelve en ácido sulfúrico. Para oxidar todo el Fe(II) formado a Fe (III), se emplean 20 ml de disolución 0,2 N (0,04 M) de permanganato potásico, reduciéndose el manganeso a Mn (II). Masa atómica del Fe = 55’8. a) Escriba y ajuste la reacción del Fe(II) con el ión permanganato. Solución. • Disolución del Fe en ácido sulfúrico. Fe + H 2 SO 4 → Fe 2+ + H 2 + SO 24−

Oxidación del ión ferroso a férrico con permanganato en medio ácido. H+

Fe 2+ + KMnO 4  → Fe 3+ + Mn 2+

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Elementos que cambian de valencia: Mn : 7 + → 2 + Fe : 2+ → 3 +

Gana electrones Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

Teniendo en cuenta que se trabaja en media ácido sulfúrico, la reacción molecular queda de la siguiente forma: 5 1 KMnO 4 + 5FeSO 4 + 4H 2 SO 4 → MnSO 4 + Fe 2 (SO 4 )3 + 4H 2 O + K 2 SO 4 2 2 b) Calcule el porcentaje de hierro en el mineral. Solución. m Fe %(Fe ) = ⋅100 m Mineral Para conocer la masa de hierro que tiene el mineral es necesario calcular la masa de Fe2+ que ha reaccionado. La masa de Fe2+ que ha reaccionado se puede calcular por estequiometria a partir de la reacción iónica o por equivalentes. i) Por estequimetria: MnO 4− + 5Fe 2+ + 8H + → Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 O

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) n (Fe ) = 5 ⋅ 0,04 ⋅ 20 × 10 = 4 × 10 mol gr m(Fe ) = m(Fe ) = n (Fe )⋅ Pm(Fe ) = 4 × 10 mol ⋅ 55,8 = 0,223 gr mol Fe 2 +

MnO −4

=

5 : n Fe 2 + = 5 n MnO −4 : n Fe 2 + = 5 M MnO −4 ⋅ V MnO −4 1 2+

2+

−3

2+

−3

−3

El porcentaje de hierro en el mineral es: m Fe 0'2232 %(Fe ) = ⋅100 = ⋅100 = 22'32% m Mineral 1 Por equivalentes: Si se parte de un gramo de mineral, la masa de hierro se calcula mediante los datos de la volumetría red-ox. ii)

En el punto de equivalencia se debe de cumplir: n º Eq − gr (Ox ) = n º Eq − gr (Re d ) Teniendo en cuenta el estado de agregación del permanganato (d+s), y el dato que se busca de hierro (m): m Re d N Ox ⋅ VOx = Eq − grRe d Para esta reacción el equivalente gramo del hierro es: M 55'8 Eq Eq − grFe = = gr v 1 por transferir un único electrón en la semireacción de oxidación. Sustituyendo los datos: m m Fe = 0'2232 gr 0'2 ⋅ 20 × 10 −3 = Fe 55'8 1 El porcentaje de hierro en el mineral es: m Fe 0'2232 %(Fe ) = ⋅100 = ⋅100 = 22'32% m Mineral 1

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24. El ácido sulfúrico concentrado reacciona con el bromuro de potasio para dar sulfato de potasio, bromo molecular, dióxido de azufre y agua. a) Formular y ajustar las semirreacciones iónicas correspondientes y la reacción global completa. Solución. H 2 SO 4 + KBr → K 2 SO 4 + Br2 + SO 2 + H 2 O Elementos que cambian de valencia: S : 6+ → 4 + Gana electrones Br : 1− → 0 Pierde electrones

Semireacciones ajustadas en medio ácido SO42− +4H+ + 2e− → SO2 + 2H2O Reducción 2Br− − 2e− → Br2 Oxidación  SO42− + 2Br− + 4H+ → SO2 + Br2 + 2H2O Reacción iónica global 2H2SO4 + 2KBr → Br2 + SO2 + K2SO4 + 2H2O Reacción global b) Determinar el peso equivalente del agente oxidante. Solución. OXIDANTE: H2SO4. Pequ. = 98/2 g/Eq

Hallar los cm3 de bromo que se obtendrán al tratar 50 g de bromuro de potasio con ácido sulfúrico en exceso. (La densidad del bromo a temperatura ordinaria es 2’9 g/cm3.) Solución. i) Estequiometria. Br2 1 1 1 m(KBr ) 1 50 gr = : n (Br2 ) = n (KBr ) = = = 0,21 KBr 2 2 2 m(KBr ) 2 119 gr mol gr m(Br2 ) = n (Br2 ) ⋅ Pm(Br2 ) = 0,21 mol ⋅ 160 = 33.6 gr mol m(Br2 ) m(Br2 ) 33'6 d Br2 = ⇒ V(Br2 ) = = = 11'6 cm 3 V(Br2 ) d Br2 2'9 c)

ii)

Equivalentes red-ox.

50 gr (KBr )

n º Eq − gr (KBr ) = n º Eq − gr (Br2 )

50 m m 160 Eq - gr = 0'42 = nº Eq - gr (Br2 ) = = ⇒ m(Br2 ) = 0'42 ⋅ = 33'6 gr 119 Eq - gr 160 2 1 2 m(Br2 ) m(Br2 ) 33'6 d Br2 = ⇒ V(Br2 ) = = = 11'6 cm 3 V(Br2 ) d Br2 2'9

25. Para determinar la cantidad de cromo que contiene cierto mineral se transforma el cromo en dicromato de sodio y se forma una disolución que se valora, una vez acidulada, con una disolución de sulfato de hierro (II). a) Escribir la ecuación redox correspondiente y ajustarla (los productos formados son sulfato de hierro (III), sulfato de cromo (III), sulfato de sodio y agua). Solución. Na2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O Los elementos que cambian de valencia son: Cr : 6+ → 3 +

Gana e -

Fe : 2+ → 3 +

Pierde e -

Semireacciones ajustadas en medio ácido.

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Completando los iones, se obtiene la reacción molecular. Na 2 Cr2 O 7 + 6FeSO 4 + 7 H 2 SO 4 → 3Fe 2 (SO 4 )3 + Cr2 (SO 4 )3 + Na 2 SO 4 + 7H 2 O b) ¿Cuántos gramos de sulfato de hierro (II) heptahidratado se necesitan para preparar 1 litro de disolución 0’4M? Solución. Primero se calcula la masa de sal anhidra necesaria mediante la definición de normalidad y luego se calcula la masa de sal hidratada. m n M= = Pm V ( l) V(l ) Para el sulfato de hierro, la valencia redox es 1, que es el e− que transfiere en su semirreacción. m m(FeSO 4 ) = 60'8 gr 0'4 = 152 1 Para calcular la masa de sal hidratada, se busca la relación entre ambas sales: FeSO 4 ⋅ 7 H 2 O 278 278 = ⇒ m(FeSO 4 ⋅ 7H 2 O ) = m(FeSO 4 ) FeSO 4 152 152 m(FeSO 4 ⋅ 7H 2 O ) =

278 ⋅ 60'8 = 111'2 gr 152

Se ensayó una muestra de 1’5 gramos y en la valoración se gastaron 50 cm3 de disolución 0’4M de sulfato de hierro (II). ¿Qué tanto por ciento de cromo en peso contiene el mineral? Solución. Por estequiometria se calcula la masa de dicromato de sodio. Na 2 Cr2 O 7 1 1 1 = : n (Na 2 Cr2 O 7 ) = n (FeSO 4 ) : n (Na 2 Cr2 O 7 ) = M(FeSO 4 ) ⋅ V 6 6 FeSO 4 6 1 n (Na 2Cr2 O 7 ) = 0,4 mol ⋅ 50 ⋅ 10 − 3 L = 3,3 ⋅ 10 − 3 mol L 6 m(Na 2 Cr2 O 7 ) = n (Na 2 Cr2O 7 ) ⋅ Pm(Na 2Cr2O 7 ) = 3,3 ⋅ 10 −3 mol ⋅ 262 gr = 0,87 gr mol para calcular la masa de cromo se busca la relación másica de este en el dicromato potásico. Cr 104 104 104 = ⇒ m(Cr ) = m(Na 2 Cr2 O 7 ) = ⋅ 0'87 = 0'35 gr 262 Na 2 Cr2 O 7 262 262 Riqueza en cromo del mineral m(Cr ) 0'35 R (Cr ) = ⋅100 = ⋅100 = 23'3% m(Mineral ) 1'5 c)

La masa de dicromato posbásico también se puede calcular mediante equivalentes red-ox. n º Eq − gr (Ox ) = n º Eq − gr (Re d ) m(Na 2 Cr2 O 7 ) = N(FeSO 4 ) ⋅ V Eq − gr

m(Na 2 Cr2 O 7 ) = 0'4 ⋅ 50 × 10 −3 262 6

m(Na 2 Cr2 O 7 ) = 0'87 gr

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