Ejercicio resuelto de Valoraciones redox · Química · 2020

La valoración del cloruro de hierro (II) con permanganato de potasio en disolución acuosa se realiza según la ecuación siguiente: ${\text{KMnO}}_4(ac)+{\text{FeCl}}_2(ac)+\text{HCl}(ac)\to {\text{MnCl}}_2(ac)+{\text{FeCl}}_3(ac)+\text{KCl}(ac)+{\text{H}}_2\text{O}(ac)$

i) Ajuste la ecuación anterior por el método del ion-electrón. [1,0 punto]

ii) Se valoran 20 mL de una disolución de cloruro de hierro (II) con 14,8 mL de una disolución de permanganato de potasio de concentración 0,1 M. Halle la concentración molar de la disolución de cloruro de hierro (II) y calcule la masa del cloruro de hierro (II) presente en esos 20 mL. [1,0 punto]

Datos: Masas atómicas: Fe: 55,85; Cl: 35,45.

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{ecuaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{anterior}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

El manganeso pasa de $+7$ en el permanganato a $+2$: se reduce. El hierro pasa de $+2$ a $+3$: se oxida.

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:

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+1e^{-}$

Multiplicando la segunda por 5 y sumando:

$\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4^{-}+5\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+8{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{M}{\mathrm{n}}^{2+}+5\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Devolviendo los contraiones, la ecuación molecular queda:

$\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4+5\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+8\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to \mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+5\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3+\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Comprobación: K 1 = 1; Mn 1 = 1; Fe 5 = 5; Cl 10 + 8 = 2 + 15 + 1; H 8 = 8; O 4 = 4.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Se}}\mathbf{\text{valoran}}\mathbf{\text{20}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{(II)}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{14,8}}\mathbf{\text{mL}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{permanganato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0,1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{Halle}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{molar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{(II)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{masa}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{(II)}}\mathbf{\text{presente}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{esos}}\mathbf{\text{20}}\mathbf{\text{mL.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

$n(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{0,1}\cdot \mathrm{0,0148}=\mathrm{1,48}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Por la ecuación ajustada, cada mol de permanganato oxida cinco de hierro(II):

$n(\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)=5\cdot \mathrm{1,48}\cdot {10}^{-3}=\mathrm{7,40}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$c=\frac{\mathrm{7,40}\cdot {10}^{-3}}{\mathrm{0,020}}=\mathrm{0,370}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{/}\mathrm{L}$

Y con la masa molar:

$M(\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)=\mathrm{55,85}+2\cdot \mathrm{35,45}=\mathrm{126,75}\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$m=\mathrm{7,40}\cdot {10}^{-3}\cdot \mathrm{126,75}=\mathrm{0,938}\mathrm{g}$