Ejercicio resuelto de Química · 2022

A.5 El permanganato de potasio reacciona con el ácido clorhídrico produciendo cloruro de potasio, cloruro de manganeso(II), agua y cloro molecular.

a) (1 punto) Ajuste las reacciones iónica y molecular utilizando el método del ion-electrón. Indique las especies oxidante y reductora.
b) (1 punto) Determine el volumen de ácido clorhídrico comercial del 36% de riqueza en peso y densidad 1,18 $\mathrm{g}\cdot \mathrm{m}{\mathrm{L}}^{-1}$ que se necesitará para que reaccionen completamente 5,00 g de permanganato de potasio.

Datos: Masas atómicas (u): H = 1,0; O = 16,0; Cl = 35,5; K = 39,1; Mn = 55,0.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Ajuste}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{utilizando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{todo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion-electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{reductora.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Traduciendo los nombres a fórmulas, la reacción sin ajustar es:

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

Los números de oxidación dicen quién hace qué: el manganeso pasa de $+7$ en el permanganato a $+2$, luego se reduce; el cloro pasa de $-1$ en el cloruro a 0 en el cloro molecular, luego se oxida. El ácido clorhídrico hace aquí un doble papel, porque parte de él se oxida y parte solo aporta el medio ácido y los cloruros que acompañan a los cationes.

Semirreacción de oxidación:

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

Semirreacción de reducción, en medio ácido:

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

Se multiplican por 5 y por 2 respectivamente para que ambas intercambien 10 electrones. Sumando, la reacción iónica global queda:

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

Comprobación de cargas: $-10-2+16=+4$ a la izquierda; $2\cdot 2=+4$ a la derecha.

Y devolviendo los contraiones, la molecular:

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

Comprobación del cloro, que es lo que más se presta a error: 16 a la izquierda; $2+4+10=16$ a la derecha.

La especie $\mathbf{\text{oxidante}}$ es el permanganato de potasio, que se reduce, y la $\mathbf{\text{reductora}}$, el ácido clorhídrico a través de su ion cloruro.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Determine}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{clorh}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{drico}}\mathbf{\text{comercial}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{36\%}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{riqueza}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{peso}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{densidad}}\mathbf{\text{1,18}}\mathbf{\text{g}}\cdot {\mathbf{\text{mL}}}^{-1}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{necesitar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{reaccionen}}\mathbf{\text{completamente}}\mathbf{\text{5,00}}\mathbf{\text{g}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{permanganato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$M(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{39,1}+\mathrm{55,0}+4\cdot \mathrm{16,0}=\mathrm{158,1}\mathrm{g}\mathrm{/}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_4)=\frac{\mathrm{5,00}}{\mathrm{158,1}}=\mathrm{0,0316}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Según la ecuación ajustada, cada 2 mol de permanganato consumen 16 de ácido clorhídrico:

$n(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,0316}\cdot \frac{16}{2}=\mathrm{0,253}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$m(\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,253}\cdot \mathrm{36,5}=\mathrm{9,23}\mathrm{g}$

Pero esos gramos son de ácido puro, y el reactivo comercial solo tiene un 36 % en masa:

$m_{\text{comercial}}=\frac{\mathrm{9,23}}{\mathrm{0,36}}=\mathrm{25,6}\mathrm{g}$

Y con la densidad se pasa a volumen:

$V=\frac{\mathrm{25,6}}{\mathrm{1,18}}=\mathrm{21,7}\mathrm{m}\mathrm{L}$