Ejercicio resuelto de Química · 2024

En la siguiente reacción redox:

${\text{KMnO}}_4+\text{KCl}+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4\to {\text{MnSO}}_4+{\text{Cl}}_2+{\text{KHSO}}_4+{\text{H}}_2\text{O}$

a) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción y señale claramente cuál es el oxidante y cuál el reductor. [1 punto]

b) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular. [1 punto]

c) Calcule cuántos gramos de $\text{KCl}$ hacen falta para reaccionar completamente con 5,5 g de ${\text{KMnO}}_4$. [1 punto]

Datos: masas atómicas relativas: $\text{K}=39$; $\text{Mn}=55$; $\text{O}=16$; $\text{Cl}=\mathrm{35,5}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{semirreacciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ale}}\mathbf{\text{claramente}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{reductor.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Lo primero es mirar los números de oxidación para localizar quién cambia:

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$ a $+2$ en el $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$: gana electrones, se reduce.

El cloro pasa de $-1$ en el KCl a $0$ en el $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$: pierde electrones, se oxida.

Semirreacción de oxidación:

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

Semirreacción de reducción, en medio ácido:

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

El $\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4$ es el oxidante, porque es el que se reduce, y el KCl el reductor, porque es el que se oxida.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{ecuaciones}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{molecular.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Para sumarlas hay que igualar los electrones intercambiados: la oxidación por 5 y la reducción por 2, de modo que en las dos haya 10.

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

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

Ecuación iónica global:

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

Para la molecular hay que devolver los contraiones. Aquí conviene ir despacio, porque el azufre no se reparte como en el caso habitual: el enunciado dice que se forma $\mathrm{K}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$, una sal ácida, y son los 12 potasios de los reactivos los que fijan su coeficiente.

$2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4+10\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}+14{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4\to 2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+5\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+12\mathrm{K}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación: K 12 = 12; Mn 2 = 2; Cl 10 = 10; S 14 = 2 + 12; H 28 = 12 + 16; O 8 + 56 = 8 + 48 + 8.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{gramos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{KCl}}\mathbf{\text{hacen}}\mathbf{\text{falta}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{reaccionar}}\mathbf{\text{completamente}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{5,5}}\mathbf{\text{g}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{KMnO₄.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

$M(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=39+55+4\cdot 16=158\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=\frac{\mathrm{5,5}}{158}=\mathrm{3,48}\cdot {10}^{-2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Según la ecuación molecular ajustada, cada 2 mol de permanganato consumen 10 de cloruro, es decir, 5 por cada uno:

$n(\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l})=5\cdot \mathrm{3,48}\cdot {10}^{-2}=\mathrm{0,174}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$M(\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l})=39+\mathrm{35,5}=\mathrm{74,5}\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$m(\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,174}\cdot \mathrm{74,5}=\mathrm{12,97}\mathrm{g}$