REDOX
6. Considere los siguientes potenciales de reducción estándar de la familia de los halógenos: &épsilon;º(Cl2/Cl-) = +1,36 V; &épsilon;º(Br2/Br-) = +1,07 V; &épsilon;º(I2/I-) = +0,53 V. Conteste a las siguientes preguntas razonando la respuesta: a) ¿Qué especie ejercería de agente más oxidante? Escriba su semirreacción ajustada.
El poder oxidante (capacidad para tomar electrones) de una especie es su capacidad para oxidar a otra especie, reducíéndose ella misma. Por lo tanto, cuánto más positivo sea su potencial de reducción, mayor será su poder oxidante. En este caso, la especie que actuaría como agente más oxidante es el Cl2: Cl2 + 2 e –> 2 Cl-
B) ¿Qué especie se oxidaría más fácilmente? Escriba su semirreacción ajustada
La especie que se oxidaría más fácilmente (mas fácilmente perdería electrones) será la que tenga más bajo su potencial de reducción.En este caso, la especie que tendría mayor tendencia a oxidarse es el I-: 2 I- –> I2 + 2 e
C) ¿Se produciría reacción al borbotear Cl2 en una disolución con Br-?
En términos de potencial de reducción, las reacciones espontáneas que se producirían serían: Cl2 + 2 e –> 2 Cl- (en el de mayor potencial de reducción se produce la reducción o ganancia de electrones)+ 2 Br- –> Br2 + 2 e (en el de menor potencial de reducción se produce la oxidación o pérdida de electrones)=Cl2 + 2 Br- –> 2 Cl- + Br2 (esta reacción es espontánea)Por tanto, si se produciría reacción al borbotear Cl2 en una disolución con Br-
D) ¿Se produciría reacción al añadir unos cristales de I2 a una disolución con Cl-?
En términos de potencial de reducción, las reacciones espontáneas que se producirían serían: Cl2 + 2 e –> 2 Cl- (en el de mayor potencial de reducción se produce la reducción o ganancia de electrones)+ 2 I – –> I 2 + 2 e (en el de menor potencial de reducción se produce la oxidación o pérdida de electrones)=Cl2 + 2 I – –> 2 Cl- + I 2 (esta es la reacción espontánea) Por tanto, no se produciría espontáneamente reacción al añadir unos cristales de I2 a una disolución con Cl-, espontáneamente se produce la reacción contraria.
2. El KMnO4 reacciona con hipoclorito de potasio, KClO, en medio de ácido sulfúrico, para dar KClO3, MnSO4, K2SO4 y agua. A) Ajuste la ecuación iónica por el método del ión-electrón y escriba la ecuación molecular completa. Indique el agente oxidante y el reductor.
La reacción molecular sin ajustar: KMnO4 + KClO + H2SO4 –> MnSO4 + KClO3 + K2SO4 + H2O.
Reacción reducción: MnO4-+8 H++ 5e–>Mn2++4 H2O(x4) Reacción oxidación: ClO-+2 H2O-4e–>ClO3-+4 H+(x5)
Reacción redox iónica global: 4 MnO4-+5 ClO-12 H+–>4 Mn2++5 ClO3-+ 6 H2O
Para igualar los electrones intercambiados la primera ecuación se ha multiplicado por 4 y la segunda por 5.
Reacción molecular ajustada: 4 KMnO4 + 5 KClO + 6 H2SO4 –> 4 MnSO4 + 5 KClO3 + 2 K2SO4 + 6 H2O. El oxidante (coge electrones) es el MnO4- y el reductor (suelta electrones) es el ClO-.
b) ¿Qué volumen de una disolución 0,1 M de permanganato de potasio reaccionará completamente con 200 mL de otra disolución que contiene 8,5 g de hipoclorito de potasio por litro?
Cálculo de los moles de KClO:
0,2 L · 8,5 g KClO/L = 1,7 g de KClO
Masa molecular KClO = 39 + 35,5 + 16 = 90,5
Moles de KClO en los 200 mL: 1,7 g / 90,5 g·mol-1 = 0,019 mol de KClO
Cálculo de los moles de KMnO4:
0,019 mol KClO·(4 mol KMnO4 /5 mol KClO) = 0,015 mol KMnO4 reaccionan.
Cálculo del volumen de disolución de KMnO4:
0,015 mol KMnO4 / 0,1 M = 0,150 L ==> 150 mL de disolución de KMnO4.
8
El dicromato de potasio reacciona con el yoduro de potasio en disolución acuosa de ácido clorhídrico para dar yodo elemental I2, cloruro de cromo(III), cloruro de potasio y agua.
A) Ajuste la ecuación iónica por el método del ion-electrón y escriba la ecuación molecular complet
Reacción molecular sin ajustar: K2Cr2O7 + KI + HCl —> I2 + CrCl3 + KCl + H2O
Semirreacciones que tienen lugar con cambio de estado de oxidación (en medio ácido) e igualación de electrones intercambiados:
Cr2O72- + 14H+ + 6e —-> 2Cr3+ + 7H2O
3(2I- —-> I2 + 2e)
———————————————–
Cr2O72- + 6I- + 14H+ —-> 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O; Reacción redox iónica ajustada.
K2Cr2O7 + 6KI + 14HCl —> 3I2 + 2CrCl3 + 8KCl + 7H2O; Reacción molecular ajustada (los K+ y los Cl- que no intervienen en la reacción redox se ajustan aparte).
b)
Para la reacción se dispone de 6,5 g de K2Cr2O7 y de 200 mL de una disolución 0,5 M de KI. Calcule la cantidad máxima (en g) de I2 que se podrá obtener
Masa molecular K2Cr2O7 = 2·39 + 2·52 + 7·16 = 294; Masa molecular KI = 39 + 126,9 = 165,9Moles de K2Cr2O7 = 6,5g/294g·mol-1 = 0,0221 moles de K2Cr2O7, que podrían reaccionar con 0,0221·6 = 0,1326 moles de KI
Moles de KI = 0,2L·0,5moles/L = 0,1 moles de KI, que podrían reaccionar con 0,1/6 = 0,0167 moles de K2Cr2O7
El reactivo limitante es el KI: No hay suficiente KI para reaccionar con los 0,0221 moles de K2Cr2O7 (se necesitarían 0,1326 moles y sólo se dispone de 0,1moles). Una vez reaccionados los 0,1 moles de KI con los 0,0167 moles de K2Cr2O7, sobrarían 0,0221 – 0,0167 = 0,0054 moles de K2Cr2O7.
4.La reacción entre KMnO4 y HCl en disolución permite obtener una corriente de Cl2 gaseoso, además de MnCl2, KCl y agua.
A) Ajuste la ecuación iónica por el método ion-electrón. Escriba la ecuación molecular completa
La ecuación molecular sin ajustar: KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2+ KCl + H2O
Los iones en disolución que tienen cambios en su estado de oxidación:
(x2) MnO4- + 8 H+ + 5e→ Mn2+ + 4H2O
(x5) 2Cl- → Cl2 + 2e
———————————————————–
2MnO4- + 16H+ + 10Cl- → 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O (ecuación iónica ajustada)
2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2+ 2KCl + 8H2O (ecuación molecular ajustada) Los K, que no intervienen en la reacción red-ox se han ajustado aparte.
b) Para la reacción se dispone de 4 g de KMnO4 y de 25 mL de una disolución de HCl del 30 % de riqueza en masa cuya densidad es 1,15 g·mL-1. ¿Cuál es el reactivo limitante?
Masa molecular KMnO4 = 39 + 55 + 4·16 = 158; Moles KMnO4 = 4/158 = 0,0253 moles (necesitarían 0,0253·16/2 = 0,2024 moles HCl)
25 mL·1,15 g disolución/mL = 28,75 g disolución; 28,75·30% = 8,625 g HCl; Masa molecular HCl = 36,5; moles HCl = 8,625/36,5 = 0,2363 moles. Hay en exceso moles de HCl por lo que el reactivo limitante es el KMnO4
C) Calcule el volumen de Cl2, medido a 1 atm y 273K, que se obtendrá en esa reacción
Por cada 2 moles de KMnO4 se obtienen 5 moles de Cl2
Moles que se obtienen de Cl2 = 0,0253·5/2 = 0,0633 moles Cl2
Y el volumen V = nRT/P = 0.0633·0,082·273/1 = 1,4170 L
1. De entre las siguientes moléculas o iones: HCl, Cl-, NH3, HCO3-, NH4+
A) Seleccione una especie que sea anfótera y escriba las reacciones que lo justifiquen
El ion HCO3- es una sustancia anfótera ya que:
* Puede actuar como ácido: HCO3- + H2O <– –> CO32- + H3O+
* Puede actuar como base:
HCO3- + H2O <– –> H2CO3 + OH-
b) Seleccione una pareja de especies que puedan formar una disolución reguladora. Describa como actúa esa disolución reguladora al añadir una pequeña cantidad de ácido (HCl) o de base (NaOH).
Hay 2 tipos de disoluciones amortiguadoras, las formadas por un ácido débil y una sal del ácido débil con un anión neutro y las formadas por una base débil y una sal de la base débil con un catión neutro.
En nuestro caso el NH3 es una base débil y el NH4+ formaría parte de la sal de la base débil (su ácido conjugado).
Al final se establece un equilibrio entre las concentraciones de NH3 (la base débil) y NH4+ (proporcionado por la sal) en la disolución:
NH3 + H2O <– –> NH4+ + OH-
* si añadimos un ácido fuerte como el HCl que proporciona H3O+ se neutralizarán parte de los OH- pero al desaparecer estos el equilibrio se desplazará hacia la derecha proporcionando mas OH- que compensarán, en parte, los OH- neutralizados. Por tanto, el pH de la disolución variará poco.
* si añadimos una base fuerte como el NaOH que proporciona OH- el equilibrio se desplazará hacia la izquierda eliminando, en parte, los OH- añadidos. Por tanto, el pH de la disolución variará poco.
C) Seleccione la especie cuyas disoluciones tengan el valor de pH más bajo
Cuanto mayor es la acidez de una disolución el pH es mas bajo, por eso, sin duda el pH mas bajo será la disolución de HCl ya que es un ácido fuerte completamente disociado. El HCO3-y el NH4+ también son ácidos pero débiles. El Cl- (base conjugada del HCl) es neutro y el NH3 es base.
2. De entre las siguientes moléculas o iones: HCl, Cl-, NH3, HCO3-, NH4+
A) Seleccione una especie que sea anfótera y escriba las reacciones que lo justifiquen
El ion HCO3- es una sustancia anfótera ya que:
* Puede actuar como ácido: HCO3- + H2O <– –> CO32- + H3O+
* Puede actuar como base: HCO3- + H2O <– –> H2CO3 + OH-
b) Seleccione una pareja de especies que puedan formar una disolución reguladora. Describa como actúa esa disolución reguladora al añadir una pequeña cantidad de ácido (HCl) o de base (NaOH).
Hay 2 tipos de disoluciones amortiguadoras, las formadas por un ácido débil y una sal del ácido débil con un anión neutro y las formadas por una base débil y una sal de la base débil con un catión neutro.
En nuestro caso el NH3 es una base débil y el NH4+ formaría parte de la sal de la base débil (su ácido conjugado).
Al final se establece un equilibrio entre las concentraciones de NH3 (la base débil) y NH4+ (proporcionado por la sal) en la disolución:
NH3 + H2O <– –> NH4+ + OH-
* si añadimos un ácido fuerte como el HCl que proporciona H3O+ se neutralizarán parte de los OH- pero al desaparecer estos el equilibrio se desplazará hacia la derecha proporcionando mas OH- que compensarán, en parte, los OH- neutralizados. Por tanto, el pH de la disolución variará poco.
* si añadimos una base fuerte como el NaOH que proporciona OH- el equilibrio se desplazará hacia la izquierda eliminando, en parte, los OH- añadidos. Por tanto, el pH de la disolución variará poco.
C) Seleccione la especie cuyas disoluciones tengan el valor de pH más bajo
Cuanto mayor es la acidez de una disolución el pH es mas bajo, por eso, sin duda el pH mas bajo será la disolución de HCl ya que es un ácido fuerte completamente disociado. El HCO3-y el NH4+ también son ácidos pero débiles. El Cl- (base conjugada del HCl) es neutro y el NH3 es base.
3. Indique de forma cualitativa (especifique únicamente si será ácido, básico o neutro) y de forma razonada el pH de la disolución resultante de mezclar volúMenes iguales de las disoluciones de cada uno de los siguientes apartados. Escriba la reacción que tiene lugar.
A) HCl 1 M + NaOH 1 M b) HCl 1 M + NaOH 2 M c) HAc 1 M + NaOH 1 M d) HCl 1 M + NH3 1
M (Septiembre 2020 PREGUNTA 9)
4. 2 Opción 1 Junio 2018. Si se preparan disoluciones 0,5 M de NH3, NaCl, NaOH y NH4Cl: a) Justifique de forma cualitativa cuál de ellas tendrá el pH más bajo. B) Elija de forma razonada una pareja que forme una disolución reguladora. C) Explique en qué disolución se mantendrá el pH al diluirla.