Ejercicio resuelto de Varios · Química · Cantabria · 2023

Dada la reacción $\text{KMnO}_4 + \text{KI} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{I}_2 + \text{MnSO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{K}_2\text{SO}_4$:

a) Explique cuáles son las especies oxidante y reductora. [0,5 puntos]

b) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción. [0,5 puntos]

c) Escriba la reacción molecular ajustada. [0,5 puntos]

d) Se dispone de disolución de permanganato de potasio 2 M. ¿Qué volumen habrá que utilizar si se quiere obtener 2 moles de yodo? [0,5 puntos]

$\textbf{a) Explique cuáles son las especies oxidante y reductora. [0,5 puntos]}$

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

El manganeso pasa de $+7$ en el $\mathrm{KMnO_4}$ a $+2$ en el $\mathrm{MnSO_4}$: gana electrones, se reduce. El $\textbf{permanganato de potasio es el oxidante}$.

El yodo pasa de $-1$ en el $\mathrm{KI}$ a $0$ en el $\mathrm{I_2}$: pierde electrones, se oxida. El $\textbf{yoduro de potasio es el reductor}$.

El ácido sulfúrico no cambia de número de oxidación: aquí solo aporta el medio ácido y los sulfatos que acompañan a los cationes.

$\textbf{b) Escriba las semirreacciones de oxidación y de reducción. [0,5 puntos]}$

Oxidación (hacen falta dos yoduros para formar una molécula de yodo):

$2\,\mathrm{I^-} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\,e^-$

Reducción, en medio ácido: se ajusta el oxígeno con agua, el hidrógeno con protones y la carga con electrones.

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

Comprobación de la carga: a la izquierda $-1 + 8 - 5 = +2$, a la derecha $+2$.

$\textbf{c) Escriba la reacción molecular ajustada. [0,5 puntos]}$

Para igualar los electrones intercambiados se multiplica la oxidación por 5 y la reducción por 2 (mínimo común múltiplo de 2 y 5, que es 10) y se suman:

$10\,\mathrm{I^-} + 2\,\mathrm{MnO_4^-} + 16\,\mathrm{H^+} \rightarrow 5\,\mathrm{I_2} + 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 8\,\mathrm{H_2O}$

Devolviendo los iones espectadores, el potasio y los sulfatos, se obtiene la ecuación molecular:

$2\,\mathrm{KMnO_4} + 10\,\mathrm{KI} + 8\,\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 5\,\mathrm{I_2} + 2\,\mathrm{MnSO_4} + 8\,\mathrm{H_2O} + 6\,\mathrm{K_2SO_4}$

Comprobación: Mn 2 = 2; I 10 = 10; K $2 + 10 = 12$; S $8 = 2 + 6$; H 16 = 16; O $8 + 32 = 8 + 8 + 24$.

$\textbf{d) Se dispone de disolución de permanganato de potasio 2 M. ¿Qué volumen habrá que utilizar si se quiere obtener 2 moles de yodo? [0,5 puntos]}$

La ecuación ajustada dice que 2 mol de permanganato producen 5 mol de yodo:

$n(\mathrm{KMnO_4}) = 2 \cdot \frac{2}{5} = 0{,}8 \text{ mol}$

$V = \frac{n}{c} = \frac{0{,}8}{2} = 0{,}4 \text{ L}$

$V = 400 \text{ mL}$