Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2024

Para la siguiente reacción de oxidación-reducción:

$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{FeCl}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{CrCl}_3 + \text{FeCl}_3 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}$

a) ¿Qué especie es la oxidante y cuál la reductora? Justifique qué elemento se oxida y cuál se reduce. (0,4 puntos)

b) Ajuste la reacción iónica por el método del ion-electrón. (1 punto)

c) Ajuste la reacción molecular. (0,6 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué especie es la oxidante y cuál la reductora? Justifique qué elemento se oxida y cuál se reduce. (0,4 puntos)}$

Se asignan números de oxidación a los elementos que pueden cambiar.

En el $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$, con el potasio a $+1$ y el oxígeno a $-2$, el cromo actúa con $+6$; en el $\mathrm{CrCl_3}$ pasa a $+3$. Gana electrones, luego $\textbf{se reduce}$.

En el $\mathrm{FeCl_2}$ el hierro actúa con $+2$ y en el $\mathrm{FeCl_3}$ con $+3$. Pierde un electrón, luego $\textbf{se oxida}$.

El cloro se mantiene a $-1$ en todos los compuestos en que aparece, así que no participa en el proceso redox: el HCl solo aporta el medio ácido.

Por tanto, la especie $\textbf{oxidante}$ es el dicromato de potasio, $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$, y la $\textbf{reductora}$ es el cloruro de hierro(II), $\mathrm{FeCl_2}$.

$\textbf{b) Ajuste la reacción iónica por el método del ion-electrón. (1 punto)}$

Semirreacción de reducción, en medio ácido. Se ajusta primero el cromo, después los oxígenos con moléculas de agua, luego los hidrógenos con protones y por último la carga con electrones:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 14\,\mathrm{H^+} + 6\,e^- \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Semirreacción de oxidación:

$\mathrm{Fe^{2+}} \rightarrow \mathrm{Fe^{3+}} + e^-$

Para igualar los electrones intercambiados hay que multiplicarla por 6:

$6\,\mathrm{Fe^{2+}} \rightarrow 6\,\mathrm{Fe^{3+}} + 6\,e^-$

Sumando ambas y simplificando los electrones se obtiene la ecuación iónica global:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}} + 14\,\mathrm{H^+} + 6\,\mathrm{Fe^{2+}} \rightarrow 2\,\mathrm{Cr^{3+}} + 6\,\mathrm{Fe^{3+}} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación de la carga: a la izquierda, $-2 + 14 + 12 = +24$; a la derecha, $6 + 18 = +24$.

$\textbf{c) Ajuste la reacción molecular. (0,6 puntos)}$

Se devuelven los iones espectadores. Los 14 protones proceden de 14 moléculas de HCl y los 6 cationes hierro(II), de 6 de $\mathrm{FeCl_2}$; los cloruros disponibles se reparten entre los cationes cromo, hierro y potasio.

$\mathrm{K_2Cr_2O_7} + 6\,\mathrm{FeCl_2} + 14\,\mathrm{HCl} \rightarrow 2\,\mathrm{CrCl_3} + 6\,\mathrm{FeCl_3} + 2\,\mathrm{KCl} + 7\,\mathrm{H_2O}$

Comprobación átomo a átomo: K, $2 = 2$; Cr, $2 = 2$; O, $7 = 7$; Fe, $6 = 6$; H, $14 = 14$; Cl, $6 \cdot 2 + 14 = 26 = 2 \cdot 3 + 6 \cdot 3 + 2$.