Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2025

PREGUNTA 2. REACCIONES QUÍMICAS / ENLACE QUÍMICO Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA (2,5 puntos)

2.1. Dada la siguiente reacción, ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ión-electrón. (1 punto)

$\text{HCl} + \text{KMnO}_4 \rightarrow \text{Cl}_2 + \text{KCl} + \text{MnCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$

2.2. Calcule el volumen de disolución de ácido clorhídrico comercial de densidad 1,18 g/mL y 37% de riqueza, que se necesita para reaccionar con 10 g de permanganato potásico del apartado 2.1. (1 punto)

Responda uno de estos dos apartados 2.3 o 2.4:

2.3. Dados los compuestos KCl y $\text{Cl}_2$, discuta razonadamente qué tipo de interacciones hay que vencer en cada caso para fundirlos, sabiendo que los puntos de fusión son 772 °C y -34,6 °C respectivamente. (0,5 puntos)

2.4. Explique razonadamente si el $\text{Cl}_2$ será una especie soluble en agua. (0,5 puntos)

$\textbf{2.1. Dada la siguiente reacción, ajuste las ecuaciones iónica y molecular por el método del ión-electrón. (1 punto)}$

Se asignan primero los números de oxidación para localizar los cambios:

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{KMnO_4}$ a $+2$ en el $\mathrm{MnCl_2}$: se reduce.

El cloro pasa de $-1$ en el HCl a $0$ en el $\mathrm{Cl_2}$: se oxida. El ácido clorhídrico hace un doble papel, porque parte de sus cloruros se oxidan y el resto se queda como contraión en las sales, además de aportar el medio ácido.

Semirreacción de reducción, en medio ácido:

$\mathrm{MnO_4^-} + 8\,\mathrm{H^+} + 5\,e^- \rightarrow \mathrm{Mn^{2+}} + 4\,\mathrm{H_2O}$

Semirreacción de oxidación:

$2\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cl_2} + 2\,e^-$

Para igualar los electrones intercambiados se multiplica la primera por 2 y la segunda por 5:

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + 16\,\mathrm{H^+} + 10\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 8\,\mathrm{H_2O}$

$10\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow 5\,\mathrm{Cl_2} + 10\,e^-$

Sumando, la ecuación iónica global es:

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + 16\,\mathrm{H^+} + 10\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 5\,\mathrm{Cl_2} + 8\,\mathrm{H_2O}$

Para la forma molecular se devuelven los contraiones. Los 16 protones vienen de 16 moléculas de HCl, que aportan 16 cloruros: 10 se oxidan y los 6 restantes acompañan a los dos $\mathrm{Mn^{2+}}$ (4 cloruros) y a los dos $\mathrm{K^+}$ (2 cloruros):

$16\,\mathrm{HCl} + 2\,\mathrm{KMnO_4} \rightarrow 5\,\mathrm{Cl_2} + 2\,\mathrm{KCl} + 2\,\mathrm{MnCl_2} + 8\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación: K 2 = 2; Mn 2 = 2; O 8 = 8; H 16 = 16; Cl 16 = 10 + 2 + 4.

$\textbf{2.2. Calcule el volumen de disolución de ácido clorhídrico comercial de densidad 1,18 g/mL y 37 \% de riqueza, que se necesita para reaccionar con 10 g de permanganato potásico del apartado 2.1. (1 punto)}$

Con $M(\mathrm{KMnO_4}) = 39{,}1 + 54{,}9 + 4 \cdot 16{,}0 = 158{,}0$ g/mol:

$n(\mathrm{KMnO_4}) = \dfrac{10}{158{,}0} = 0{,}0633\ \mathrm{mol}$

De la ecuación molecular ajustada, cada 2 mol de permanganato consumen 16 de ácido, es decir, 8 por cada uno:

$n(\mathrm{HCl}) = 8 \cdot 0{,}0633 = 0{,}506\ \mathrm{mol}$

Se pasa a masa de HCl puro, con $M(\mathrm{HCl}) = 36{,}5$ g/mol:

$m(\mathrm{HCl}) = 0{,}506 \cdot 36{,}5 = 18{,}5\ \mathrm{g}$

Pero esos gramos son de soluto y la disolución comercial solo tiene un 37 % en masa, así que la masa de disolución que los contiene es mayor:

$m_{\text{disolución}} = \dfrac{18{,}5}{0{,}37} = 49{,}9\ \mathrm{g}$

Y con la densidad se pasa a volumen:

$V = \dfrac{m}{d} = \dfrac{49{,}9}{1{,}18}$

$V = 42{,}3\ \mathrm{mL}$

Se necesitan unos 42 mL del ácido clorhídrico comercial.

$\textbf{2.3. Dados los compuestos KCl y Cl}_2\textbf{, discuta razonadamente qué tipo de interacciones hay que vencer en cada caso para fundirlos, sabiendo que los puntos de fusión son 772 °C y -34,6 °C respectivamente. (0,5 puntos)}$

Lo que hay que romper al fundir un sólido depende de qué mantiene unidas sus partículas en la red, y eso es distinto en los dos casos.

El $\mathrm{KCl}$ es un compuesto $\textbf{iónico}$: se forma entre un metal alcalino y un halógeno, con una diferencia de electronegatividad enorme, así que hay transferencia de electrones. El sólido es una red tridimensional de iones $\mathrm{K^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$ alternados, y para fundirlo hay que vencer las $\textbf{fuerzas electrostáticas}$ entre cargas de signo contrario, que actúan en todas las direcciones y son muy intensas. De ahí el punto de fusión altísimo:

$\mathrm{KCl}: \quad T_f = 772\ ^\circ\mathrm{C}$

El $\mathrm{Cl_2}$ es una sustancia $\textbf{molecular}$. Dentro de cada molécula hay un enlace covalente fuerte, pero ese enlace $\textbf{no se rompe al fundir}$: en el líquido siguen existiendo moléculas de $\mathrm{Cl_2}$. Lo único que hay que vencer son las fuerzas entre unas moléculas y otras, que al ser la molécula apolar se reducen a las $\textbf{fuerzas de dispersión de London}$, muy débiles. De ahí el punto de fusión bajísimo:

$\mathrm{Cl_2}: \quad T_f = -34{,}6\ ^\circ\mathrm{C}$

Los 807 grados que separan a ambos son la medida de la diferencia entre un enlace iónico y una fuerza intermolecular de London.

$\textbf{2.4. Explique razonadamente si el Cl}_2\textbf{ será una especie soluble en agua. (0,5 puntos)}$

Hay que distinguir dos mecanismos, porque el resultado es distinto según cuál se mire.

Por $\textbf{semejanza de polaridad}$, la respuesta sería que no. La molécula de cloro es diatómica homonuclear: los dos átomos son idénticos, comparten el par de enlace por igual y no hay momento dipolar. Es una molécula apolar, mientras que el agua es fuertemente polar y forma enlaces de hidrógeno entre sus moléculas. Según la regla de que lo semejante disuelve a lo semejante, el $\mathrm{Cl_2}$ debería ser poco soluble, y de hecho su disolución puramente física es escasa.

Pero además el cloro $\textbf{reacciona}$ con el agua, y eso cambia el balance. Sufre una desproporción, en la que un mismo elemento se oxida y se reduce a la vez:

$\mathrm{Cl_2(g)} + \mathrm{H_2O(l)} \rightleftharpoons \mathrm{HClO(ac)} + \mathrm{HCl(ac)}$

Un cloro pasa de $0$ a $+1$ en el ácido hipocloroso y el otro de $0$ a $-1$ en el clorhídrico. Los productos son especies iónicas o muy polares, perfectamente solubles, de modo que la reacción va retirando $\mathrm{Cl_2}$ de la disolución y permite que se disuelva bastante más de lo que cabría esperar.

En conclusión: el $\mathrm{Cl_2}$ es $\textbf{poco soluble por su carácter apolar, pero apreciablemente soluble en la práctica}$ porque reacciona con el agua. Esa disolución es el llamado agua de cloro, y es la base del uso del cloro como desinfectante: el agente activo no es el $\mathrm{Cl_2}$ sino el HClO que se forma.