Ejercicio resuelto de 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)

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

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)

$\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{Dada}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{ajuste}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{ecuaciones}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

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

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$ a $+2$ en el $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$: se reduce.

El cloro pasa de $-1$ en el HCl a $0$ en el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$: 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:

$\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}+5e^{-}\to \mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Semirreacción de oxidación:

$2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2e^{-}$

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

$2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+16{\mathrm{H}}^{+}+10e^{-}\to 2\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$10\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to 5\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+10e^{-}$

Sumando, la ecuación iónica global es:

$2\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+16{\mathrm{H}}^{+}+10\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to 2\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+5\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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 $\mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}$ (4 cloruros) y a los dos ${\mathrm{K}}^{+}$ (2 cloruros):

$16\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4\to 5\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}+2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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

$\mathbf{\text{2.2.}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{clorh}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{drico}}\mathbf{\text{comercial}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{densidad}}\mathbf{\text{1,18}}\mathbf{\text{g/mL}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{37}}\mathbf{\text{\%}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{riqueza,}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{necesita}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{reaccionar}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{10}}\mathbf{\text{g}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{permanganato}}\mathbf{\text{pot}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{apartado}}\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Con $M(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{39,1}+\mathrm{54,9}+4\cdot \mathrm{16,0}=\mathrm{158,0}$ g/mol:

$n(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)={\displaystyle \frac{10}{\mathrm{158,0}}}=\mathrm{0,0633}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

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

$n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=8\cdot \mathrm{0,0633}=\mathrm{0,506}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

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

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

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:

$m_{\text{disoluci}\acute{\text{o}}\text{n}}={\displaystyle \frac{\mathrm{18,5}}{\mathrm{0,37}}}=\mathrm{49,9}\mathrm{g}$

Y con la densidad se pasa a volumen:

$V={\displaystyle \frac{m}{d}}={\displaystyle \frac{\mathrm{49,9}}{\mathrm{1,18}}}$

$V=\mathrm{42,3}\mathrm{m}\mathrm{L}$

Se necesitan unos 42 mL del ácido clorhídrico comercial.

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

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 $\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}$ es un compuesto $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$: 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 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ alternados, y para fundirlo hay que vencer las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{electrost}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ticas}}$ entre cargas de signo contrario, que actúan en todas las direcciones y son muy intensas. De ahí el punto de fusión altísimo:

$\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}:T_f=772{}^{\circ }\mathrm{C}$

El $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ es una sustancia $\mathbf{\text{molecular}}$. Dentro de cada molécula hay un enlace covalente fuerte, pero ese enlace $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{rompe}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{fundir}}$: en el líquido siguen existiendo moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$. Lo único que hay que vencer son las fuerzas entre unas moléculas y otras, que al ser la molécula apolar se reducen a las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$, muy débiles. De ahí el punto de fusión bajísimo:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2:T_f=-\mathrm{34,6}{}^{\circ }\mathrm{C}$

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

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

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

Por $\mathbf{\text{semejanza}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{polaridad}}$, 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 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ debería ser poco soluble, y de hecho su disolución puramente física es escasa.

Pero además el cloro $\mathbf{\text{reacciona}}$ 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:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})\rightleftharpoons \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

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 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ de la disolución y permite que se disuelva bastante más de lo que cabría esperar.

En conclusión: el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ es $\mathbf{\text{poco}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{car}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cter}}\mathbf{\text{apolar,}}\mathbf{\text{pero}}\mathbf{\text{apreciablemente}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ctica}}$ 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 $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ sino el HClO que se forma.