red ox soluciones selectividad

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(1)Modelo 2014. Pregunta 4A.- A 30 mL de una disolución de CuSO4 0,1 M se le añade aluminio metálico en exceso. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de reducción y oxidación e indique el comportamiento oxidante o reductor de las especies que intervienen. b) Calcule Eº y justifique si la reacción es o no espontánea. c) Determine la masa de aluminio necesaria para que se consuma todo el sulfato de cobre. Datos. Eº(Cu2+/Cu) = 0,34 V; Eº(Al3+/Al) = −1,69 V. Masa atómica: Al = 27,0. Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos; b) 0,5 puntos.. Solución. a. Reacción red-ox.. b.. (. ) (. (. 3 × Cu. Semireacción de reducción Reacción iónica global. ( 2+. 2 × Al → Al3+ + 3e. Semireacción de oxidación. −. ). + 2e → Cu. ). Al ≡ Re ductor. Cu 2 + ≡ Oxidante. 2Al + 3Cu 2 + → 2Al3+ + 3Cu. ) (. ) (. ). E º = E º Cu 2 + Cu + E º Al Al3+ = E º Cu 2 + Cu − E º Al3+ Al = 0,34 − (− 1,69) = 2,03 v. Eº > 0.   ⇒ ∆G < 0 ⇒ Espontánea ∆G = −nFE  c.. Por factores de conversión:. m(Al) = 30 × 10−3 L(d + s ) ⋅. 0,1 mol Cu 2 + 2 mol Al 27 g Al ⋅ ⋅ = 0,054 g L(d + s ) 3 mol Cu 2 + mol Al. Septiembre 2013. Pregunta A5.- El ácido clorhídrico concentrado reacciona con el dióxido de manganeso produciendo cloro molecular, dicloruro de manganeso y agua. a) Ajuste las semirreacciones iónicas y la reacción molecular global que tienen lugar. b) Calcule el volumen de ácido clorhídrico, del 35% en masa y densidad 1,17 g·cm−3, necesario para hacer reaccionar completamente 0,5 g de dióxido de manganeso. Datos. Masas atómicas: H = 1,0; O = 16,0; Cl = 35,5 y Mn = 55,0. Puntuación máxima por apartado: 1 punto.. Solución. a. Reacción de oxidación-reducción HCl + MnO 2 → Cl 2 + MnCl 2 + H 2 O.  − − e − → Cl 0 Elementos que cambian de número de oxidación: Cl  +e−  Mn (IV )  → Mn (II) 2Cl − → Cl 2 + 2e −. Semireacción de oxidación Semireacción de reducción Reacción ionica global. MnO 2 + 4H + + 2e − → Mn 2 + + 2H 2 O. 2Cl − + MnO 2 + 4H + → Cl 2 + Mn 2 + + 2H 2 O. Reacción molecular global: 4HCl + MnO 2 → Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O b.. Por factores de conversión:. VHCl = 0,5 g MnO 2 ⋅. 1 mol MnO 2 4 mol HCl 36,5 g HCl 100 g d + s 1 cm3 d + s ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = 2,05 cm3 87 g MnO 2 1 mol MnO 2 mol HCl 35 g HCl 1,17 g d + s. Junio 2013. Pregunta 4B.- El sulfuro de cobre (II) reacciona con ácido nítrico, en un proceso en el que se obtiene azufre sólido, monóxido de nitrógeno, nitrato de cobre (II) y agua. a) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, indicando cuáles son los reactivos oxidante y reductor. b) Formule y ajuste la reacción molecular global. c) Calcule la molaridad de una disolución de ácido nítrico del 65% de riqueza en peso y densidad 1,4 g·cm–3. d) Calcule qué masa de sulfuro de cobre (II) se necesitará para que reaccione completamente con 90 mL de la disolución de ácido nítrico del apartado anterior.. 1.

(2) Datos. Masas atómicas: H =1,0; N = 14,0; O = 16,0; S = 32,0 y Cu = 63,5. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.. Solución a. Reacción sin ajustar: CuS + HNO 3 → S + NO + Cu (NO 3 )2 + H 2 O.  2 − − 2e − → S0 Elementos que cambian de valencia:  S  − + 3e  N(V ) → N(II) Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de oxidación : S 2 − → S. Semireacción de reducción : NO 3− → NO Se ajusta en medio ácido:. Semireacción de oxidación : S2 − → S + 2e −. Semireacción de reducción : NO 3− + 4H + + 3e − → NO + 2H 2 O Reductor ≡ CuS. Oxidante ≡ HNO3. b. Para obtener la ecuación molecular ajustada, se combinan las semirreacciones iónicas eliminando entre las dos los electrones y obteniendo la reacción iónica global. (. ). Semireacción de oxidación : 3 × S 2 − → S + 2e − Semireacción de reducción : 2 × NO 3− + 4H + + 3e − → NO + 2H 2 O. (. ). 3S 2 − + 2 NO 3− + 8H + → 3S + 2 NO + 4H 2 O De la reacción iónica global, por tanteo, se obtiene la reacción molecular global. 3CuS + 8HNO 3 → 3S + 2 NO + 3Cu (NO 3 )2 + 4H 2 O c.. Por factores de conversión: Masa molecular HNO3 = 1 + 14 + 16×3 = 63 g/mol 3 [HNO3 ] = 1,4 g 3(d + s ) ⋅ 1000 cm (d + s ) ⋅ 65 g HNO3 ⋅ 1 mol HNO3 = 14,4 mol L 1 L(d + s ) 100 g(d + s ) 63 g HNO 3 cm (d + s ). d.. Por factores de conversión: Masa molecular CuS = 63,5 + 32 = 95,5 g/mol 14,4 mol HNO 3 3 mol CuS 95,5 g CuS 1L m(CuS ) = 90 mL ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = 46,4 g CuS 1000 mL 1L 8 mol HNO 3 mol CuS. Modelo 2013. Pregunta 5B.- A 30 mL de una disolución de CuSO4 0,1 M se le añade polvo de hierro en exceso. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción e indique el comportamiento oxidante o reductor de las especies que intervienen. b) Calcule Eº y justifique si la reacción es o no espontánea. c) Determine la masa de hierro necesaria para llevar a cabo esta reacción. Datos. Eº(Cu2+/Cu)= 0,34 V; Eº(Fe3+/Fe0)= –0,04 V; Masa atómica Fe = 56. Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b).. Solución. a.. Semireacción de reducción : Semireacción de oxidación :. [. [. 2 × Fe → Fe3+ 3Cu. b.. ] + 3e ]. 3 × Cu 2 + + 2e − → Cu 2+. Oxidante ≡ Cu 2 +. −. + 2Fe → 3Cu + 2Fe. (. Reductor ≡ Fe 3+. ) ( ) Cu ) + E º (Fe Fe ) = 0,34 + 0,04 = 0,38 V > 0. E º = E º (Re ducción ) − E º (Oxidación ) = E º Cu 2 + Cu − E º Fe3+ Fe =. (. )( (. )). (. = E º Cu 2 + Cu − − E º Fe Fe3+ = E º Cu 2 +. 3+. ∆G º = −nFE º   : ∆G < 0 ⇒ Espontánea E º = +0,38 V . 2.

(3) c. Con la estequiometria de la reacción y mediante factores de conversión, se calcula la masa de hierro necesaria para reducir el catión Cu2+ contenido en 30 mL de disolución de CuSO4 0,1 M.. m(Fe ) = 30 × 10 − 3 L(CuSO 4 ) ⋅. (. ). 0,1 mol(CuSO 4 ) 1 mol Cu 2 + 2 mol(Fe ) 56 g(Fe ) ⋅ ⋅ ⋅ = 0.112 g Fe L (CuSO 4 ) 1 mol(CuSO 4 ) 3 mol Cu 2 + 1 mol(Fe ). (. ). Septiembre 2012. Pregunta B1.- Ajuste las siguientes reacciones iónicas redox. Indique para cada caso el agente oxidante y el reductor. a). H 2 O 2 + Br − + H + → Br2 + H 2 O. b). MnO −4 + Sn 2 + + H + → Mn 2 + + Sn 4 + + H 2 O. Puntuación máxima por apartado: 1 punto.. Solución. a..  − + e − → O 2 − Elementos que cambian de valencia: O  −e−  Br −  → Br Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción: H 2 O 2 → H 2 O Semireacción de oxidación: Br − → Br2 Ajuste de masa en medio ácido: Semireacción de reducción: H 2 O 2 + 2H + → 2H 2 O Semireacción de oxidación: 2Br − → Br2 Ajuste de cargas: Semireacción de reducción: H 2 O 2 + 2H + + 2e − → 2H 2 O Semireacción de oxidación: 2Br − → Br2 − 2e −. La ecuación iónica global se obtiene combinando las dos Semireacciones iónica ajustadas para eliminar entre ambas los electrones, en este caso basta con sumar las ecuaciones. H 2 O 2 + 2 H + + 2e − → 2H 2 O 2Br − → Br2 − 2e −. H 2 O 2 + 2Br − + 2H + → 2H 2 O + Br2 Agente oxidante: H2O2 Agente reductor: Br −. b..  +e− Mn (VII)  → Mn (II) Elementos que cambian de valencia:  −e−  Sn (II)  → Sn (IV ) Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción: MnO −4 → Mn 2 + Semireacción de oxidación: Sn 2 + → Sn 4 + Ajuste de masa en medio ácido:. − + 2+ Semireacción de reducción: MnO 4 + 8H → Mn + 4H 2 O. Semireacción de oxidación: Sn 2 + → Sn 4 + Ajuste de cargas:. − + − 2+ Semireacción de reducción: MnO 4 + 8H + 5e → Mn + 4H 2 O. 3.

(4) Semireacción de oxidación: Sn 2 + → Sn 4 + + 2e − La ecuación iónica global se obtiene combinando las dos Semireacciones iónica ajustadas para eliminar entre ambas los electrones, en este caso la primera se multiplica por 2 y la segunda por 5 y se suman. 2 × MnO 4− + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2 O. [. 2MnO −4. + 5Sn. [. 5 × Sn 2+. +. 2+. → Sn. 4+. ] + 2e ] −. + 16H → 2Mn 2 + + 5Sn 4 + + 8H 2 O. Agente oxidante: MnO −4 Agente reductor: Sn 2 +. Modelo 2012. Pregunta 5B.- Se requieren 2 g de una disolución acuosa comercial de peroxido de hidrogeno para reaccionar totalmente con 15 ml de una disolución de permanganato de potasio (KMnO4) 0,2 M, en presencia de cantidad suficiente de acido sulfúrico, observándose el desprendimiento de oxigeno molecular, a la vez que se forma sulfato de manganeso (II). a) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción y la reacción molecular global del proceso. b) Calcule la riqueza en peso de la disolución comercial de peroxido de hidrogeno, y el volumen de oxigeno desprendido, medido a 27 ºC y una presión de 700 mm Hg. Datos. R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1. Masas atómicas: H = 1; O =16. Puntuación máxima por apartado: 1 punto.. Solución. a. Reacción red-ox sin ajustar:. KMnO 4 + H 2O 2 + H 2SO 4 → MnSO 4 + O 2 Elementos que cambian de valencia: +e−. Mn (VII) → Mn (II) −e −. O 22− → O 2 Se ajusta la reacción por el método ión electrón en medio ácido Semireacciones iónicas sin ajustar:. Semireacción de reducción : MnO 4− → Mn 2 + Semireacción de oxidación : H 2O 2 → O 2 Se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde haya defecto tantas moléculas de H2O como átomos de oxígeno falten.. Semireacción de reducción : MnO 4− → Mn 2 + + 4H 2O Semireacción de oxidación : H 2O 2 → O 2 Se ajustan el hidrógeno sumando protones en el miembro donde haya defecto de hidrógeno.. Semireacción de reducción : MnO −4 + 8H + → Mn 2 + + 4H 2O Semireacción de oxidación : H 2O 2 → O 2 + 2H + Se ajustan las cargas sumando electrones en el miembro donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa.. Semireacción de reducción : MnO 4− + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2O Semireacción de oxidación : H 2O 2 → O 2 + 2H + + 2e − Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones.. 4.

(5) ( Semireacción de oxidación : 5 × (H 2O 2 → O 2 + 2H + + 2e − ). Semireacción de reducción : 2 × MnO −4 + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2O. ). Reacción iónica global : 2MnO −4 + 5H 2O 2 + 16H + → 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2O + 10H + La reacción global se obtiene simplificando y transformando los protones en ácido sulfúrico y los iones en sales sulfatadas.. Reacción global : 2KMnO 4 + 5H 2O 2 + 3H 2SO 4 → 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2O + K 2SO 4. b. El apartado se realiza por estequimetria a partir de los moles de permanganato potásico utilizados, que es el único compuesto del que conocemos la cantidad exacta que ha reaccionado. Por estar en disolución:. n (KMnO 4 ) = M KMnO 4 ⋅ VKMnO 4 = 15 × 10 −3 L ⋅ 0,2 mol L−1 = 3 × 103 mol Para calcular la riqueza de la disolución comercial de peróxido de hidrógeno, se necesita calcular el número de moles que han reaccionado de dicho compuesto. H 2O 2 5 5 5 = ⇒ n (H 2O 2 ) = n (KMnO 4 ) = ⋅ 3 × 10−3 = 7,5 × 10−3 mol KMnO 4 2 2 2. m(H 2O 2 ) = n (H 2O 2 ) ⋅ M (H 2 O 2 ) = 7,5 × 10−3 mol ⋅ 34 g mol −1 = 0,255 g La riqueza de la disolución se obtiene comparando la masa de H2O2 con la de la disolución. m(H 2O 2 ) 0,255 R (H 2O )Comercial = ⋅ 100 = ⋅ 100 = 12,75% m disolución 2 Oxigeno desprendido, se calcula a partir del número de moles que reaccionado de H202. O2 5 = ⇒ n (O 2 ) = n (H 2O 2 ) = 7,5 × 10−3 mol H 2O 2 5 Conocidos los moles de oxigeno, el volumen se calcula mediante la ecuación de gases idesles. atm ⋅ L 7,5 × 10−3 mol ⋅ 0,082 ⋅ 300 K n (O 2 ) ⋅ RT mol ⋅ K V (O 2 ) = = = 0,2 L 700 P atm 760. Septiembre 2011. Pregunta 4B.- A 50 mL de una disolución acida de MnO −4 1,2 M se le añade un trozo de 14,7 g de Ni(s), obteniéndose Mn2+ y Ni2+. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global. b) Justifique cuantitativamente que el MnO −4 sea el reactivo limitante. c) Calcule la concentración final de iones Ni2+ y Mn2+ en disolución, suponiendo que el volumen no ha variado. d) Determine la masa de Ni que queda sin reaccionar. Dato. Masa atómica Ni = 58,7. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.. Solución. a.. Se pide ajustar la reacción: MnO 4− + Ni + H + → Mn 2 + + Ni 2 + Semireacciones iónicas sin ajustar. Semireacción de reducción : MnO 4− → Mn 2 + Semireacción de oxidación :. Ni → Ni 2 +. El ajuste de masas se realiza en medio ácido, los oxígenos se ajustan con moléculas de agua y los hidrógenos con protones.. 5.

(6) Semireacción de reducción : MnO −4 + 8H + → Mn 2 + + 4H 2 O Ni → Ni 2 +. Semireacción de oxidación : El ajuste de cargas se hace sumando electrones.. Semireacción de reducción : MnO 4− + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2 O Ni → Ni 2 + + 2e −. Semireacción de oxidación :. La reacción iónica global se obtiene combinando las dos sermireacciones para eliminar los electrones.. (. Semireacción de reducción : 2 × MnO 4− + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2 O. (. 5 × Ni → Ni 2 + + 2e −. Semireacción de oxidación :. ). ). Reacción iónica global : 2MnO 4− + 5 Ni + 16H + → 2Mn 2 + + 5 Ni 2 + + 8H 2 O b. Para determinar el reactivo limitante se comparan las fracciones del número inicial de moles de reactivos y sus coeficientes estequiométricos, la menor de las fracciones corresponderá al reactivo limitante.. (. n MnO 4−. ). (. =. o. 2. (. n MnO −4. ). o. 2 c.. Por factores de conversión:. (. Ni 2 +. ). ) (. ). M MnO 4− ⋅ V MnO 4− 1,2 ⋅ 50 × 10´−3 = = 0,03 2 2 m(Ni ) 14,7 n (Ni )o M(Ni ) 58,7 = = = 0,05 5 5 5. (. <. n (Ni )o ⇒ Reactivo limitante MnO −4 5. ). [ ] ( ) ] = n (Mn ) = 0,06. 5 5 5 n Ni 2 + 0,15 − 2+ 2+ = ⇒ n Ni = n MnO = ⋅ 0 , 06 = 0 , 15 mol ; Ni = = = 3M 4 − 2 2 2 V MnO 4 50 × 10 −3. Mn 2 + MnO −4. =. ( ) (. ). [. 2 ⇒ n Ni 2 + = n MnO −4 = 0,06 mol ; Mn 2 + 2. 2+. V. 50 × 10 − 3. = 1,2 M. ( ). m(Ni )o 14,7 − n Ni 2 + Formado = − 0,15 = 0,10 mol M (Ni ) 58,7 m(Ni )exc = n (Ni )exc ⋅ M (Ni ) = 0,10 mol ⋅ 58,7 g = 5,87 g mol. n (Ni )exc = n (Ni )o − n (Ni )Re acc =. d.. Junio 2011. Pregunta 4B.- Se hace reaccionar completamente una muestra de dióxido de manganeso con ácido clorhídrico comercial, de una riqueza en peso del 38% y de densidad 1,18 kg·L‒1, obteniéndose cloro gaseoso y Mn2+. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Escriba la reacción molecular global que tiene lugar. c) ¿Cuál es la masa de la muestra de dióxido de manganeso si se obtuvieron 7,3 L de gas cloro, medidos a 1 atm y 20 °C? d) ¿Qué volumen de ácido clorhídrico comercial se consume? Datos. R = 0,082 atm·L·mol‒1· K‒1; Masas atómicas: H = 1; 0= 16; Cl = 35,5; Mn = 55. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos.. Solución.. MnO 2 + HCl → Cl 2 (g ) + Mn 2 +. a..  4 + 2e − → Mn 2 + Elementos que cambian de valencia; Mn  − 1 e−  Cl − → Cl 0 •. Semireacción de reducción : MnO 2 + 4H + + 2e − → Mn 2 + + 2H 2 O. •. Semireacción de oxidación : 2Cl − → Cl 2 + 2e −. b. Se combinan las semirreacciones para eliminar los electrones (en este caso con sumar las semirreacciones se eliminan los electrones), obteniéndose la reacción iónica global.. 6.

(7) MnO 2 + 4H + + 2e − → Mn 2 + + 2H 2 O 2Cl − → Cl 2 + 2e − MnO 2 + 2Cl − + 4H + → Mn 2 + + Cl 2 + 2H 2 O La reacción global se obtiene a partir de la iónica transformando los protones en ácido clorhídrico y el manganeso (II) en dicloruro de manganeso, utilizando los cloruros que se han añadido en exceso con el ácido clorhídrico y no se han oxidado MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O c. La estequiometria de la reacción permite obtener el factor de conversión entre el cloro y el dióxido de manganeso MnO 2 1 = ⇒ n (MnO 2 ) = n (Cl 2 ) Cl 2 1 El número de moles de cloro gaseoso se obtiene con la ecuación de gases ideales. PV 1 atm ⋅ 7,3 L P ⋅ V = nRT : n (Cl 2 ) = = = 0,3 mol RT 0,082 atm ⋅ L ⋅ 293 K mol ⋅ K. n (MnO 2 ) = n (Cl 2 ) = 0,3mol : m(MnO 2 ) = n (MnO 2 ) ⋅ M(MnO 2 ) = 0,3 mol ⋅ 87 g d.. Por estequiometria:. mol. = 26,1 g. HCl 4 = ⇒ n (HCl ) = 4n (Cl 2 ) Cl 2 1. n (HCl ) = 4 ⋅ 0,3 = 1,2 mol : m(HCl ) = n (HCl ) ⋅ M(HCl ) = 1,2 mol ⋅ 36,5 g. mol. = 43,8 g. En la reacción se consumen 43,8 g de HCl, si proviene de una disolución de de 38% de riqueza en peso, la masa de la disolución necesaria será: ms ms 43,8 %(Peso ) = ⋅100 ⇒ m d +s = ⋅100 = ⋅100 = 115,3 g de disolución m d +s %(Peso ) 38 Conocida la masa de la disolución y la densidad se puede calcular el volumen del ácido clorhídrico . comercial  d d + s = 1,18 kg = 1,18 g L mL   m 115,3 g V= = = 97,7 mL d 1,18 g mL. Modelo 2011. Problema 1B.- El dicromato de potasio oxida al yoduro de sodio en medio ácido sulfúrico formándose, entre otros, sulfato de sodio, sulfato de potasio, sulfato de cromo (III) y yodo molecular. a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción iónica y diga cuales son las especies oxidante y reductora. c) Formule la reacción molecular. d) Si tenemos 120 mL de disolución de yoduro de sodio y se necesitan para su oxidación 100 mL de disolución de dicromato de potasio 0,2 M, ¿cual es la molaridad de la disolución de yoduro de sodio? Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos.. Solución. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción química: K 2Cr2O7 + NaI + H 2SO 4 → Na 2SO 4 + K 2SO 4 + Cr2 (SO 4 )3 + I 2 Elementos que cambian de valencia: +e−. Cr (VI ) → Cr (III) : Ganancia de electrones. Reducción −e −. I − → I02 : Perdida de electrones. Oxidación a.. Semireacciones iónicas sin ajustar:. 7.

(8) Semireacción de reducción : Cr2O72 − → Cr 3+ Semireacción de oxidación :. I− → I2. Ajuste en medio ácido. En la semireacción de reducción se ajusta el cromo poniendo un dos al catión Cr3+ y en la de oxidación se ajusta el iodo poniendo un dos al anión I‒.. Semireacción de reducción : Cr2O72 − → 2Cr 3+ Semireacción de oxidación :. 2I − → I 2. En la semireacción de reducción se ajustan los oxígenos añadiendo al segundo miembro tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno halla en defecto (7 moléculas). Semireacción de reducción : Cr2O72 − → 2Cr 3+ + 7 H 2O Semireacción de oxidación :. 2I − → I 2. En la reacción de reducción se ajusta el hidrógeno añadiendo al miembro con defecto de hidrógeno tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno halla en defecto (14H+).. Semireacción de reducción : Cr2O72 − + 14H + → 2Cr 3+ + 7H 2O Semireacción de oxidación : 2I − → I 2 Una vez concluido el ajuste de masa se hace el ajuste electrónico, sumando electrones en el miembro con exceso de carga positiva o con defecto de carga negativa. En la semireacción de reducción existe un exceso de carga positiva en el primer miembro (doce cargas positivas en el primer miembro y seis cargas positivas en el segundo miembro), se suman 6 electrones en el primer miembro para ajustar las cargas. En la semireacción de oxidación, existe un defecto de carga negativa en el segundo miembro (dos cargas negativas en el primer miembro cero cargas en el segundo) se suman dos electrones en el segundo miembro para ajustar las cargas. De esta forma se obtienen las semireacciones de oxidación y reducción ajustadas.. Semireacción de reducción : Cr2O 72 − + 14H + + 6e − → 2Cr 3+ + 7 H 2O 2 I − → I 2 + 2e −. Semireacción de oxidación : b.. La reacción iónica global se obtiene combinando las dos semireacciones para eliminar los electrones.. Semireacción de reducción : Cr2O72 − + 14H + + 6e − → 2Cr 3+ + 7H 2O. (. 3 × 2 I − → I 2 + 2e −. Semireacción de oxidación : Reacción iónica global :. ). Cr2O72 − + 6I − + 14H + → 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2O. c. La reacción molecular se obtiene a partir de la iónica transformando los iones en sales y los protones en ácido. Teniendo en cuenta que el ácido empleado es diprótido (H2SO4), el número de moléculas de ácido es la mitad del número de protones necesarios. Los uniones sulfatos, actúan como iones portadores y formaran sales sulfatadas en el segundo miembro con todos los cationes metálicos provenientes de las sales del primer miembro (Na+, K+). K 2 CrO 7 + 6 NaI + 7H 2SO 4 → Cr2 (SO 4 )3 + 3I 2 + K 2SO 4 + 3Na 2SO 4 d. Este último apartado se hace mediante la estequiometría de la reacción a partir del factor de conversión entre el dicromato potásico y el ioduro de sodio. NaI 6 = ⇒ n (NaI) = 6n (K 2CrO 7 ) K 2CrO 7 1 Por estar en disolución: M (NaI) ⋅ V(NaI) = 6 ⋅ M(K 2Cr2O 7 ) ⋅ V(K 2Cr2O7 ). M (NaI) = 6 ⋅. M(K 2Cr2O7 ) ⋅ V(K 2Cr2O 7 ) 0,2 M ⋅100 × 10-3 L = 6⋅ =1M V(NaI ) 120 × 10-3 L. 8.

(9) Septiembre 2010. FM. Cuestión 3A.- El dicromato de potasio oxida al yoduro de sodio en medio ácido sulfúrico originándose, entre otros, sulfato de sodio, sulfato de cromo (III) y yodo. a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción iónica y diga cuáles son las especies oxidante y reductora. c) Formule la reacción molecular. d) Justifique si el dicromato de potasio oxidaría al cloruro de sodio.. (. ). (. ). Datos. E º Cr2 O 7 2− / Cr 3+ = 1,33 V; Eº Cl 2 / Cl − = 1,36 V Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos.. K 2 Cr2 O 7 + NaI + H 2 SO 4 → Cr2 (SO 4 )3 + I 2 + Na 2 SO 4 + e−. Cr (VI ) → Cr (III) −e −. I − → I 2 Se ajustan las semireacciones en medio ácido. a.. b.. •. Semireacción de reducción: Cr2 O 72 − + 14H + + 6e − → 2Cr 3+ + 7H 2 O. •. Semireacción de oxidación: 2I − → I 2 + 2e − Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones.. Cr2 O 72 − + 14H + + 6e − → 2Cr 3+ + 7H 2 O. (. 3 × 2 I − → I 2 + 2e −. ). Cr2 O 72 − + 14H + + 6I − → 2Cr 3+ + 6I 2 + 7H 2 O Oxidante ≡ K2Cr2O7 Reductor ≡ NaI c.. Se completan las especies iónicas formando sales, y los protones se transforman en moléculas de ácido. K 2 Cr2 O 7 + 6 NaI + 7 H 2 SO 4 → Cr2 (SO 4 )3 + 6I 2 + 7 H 2 + 3Na 2 SO 4 + K 2 SO 4. d. Para que un proceso red-ox sea espontáneo, el potencial debe ser positivo (∆G = −nFE). El potencial de un proceso red-ox es la suma de los potenciales de cada una de las semirreacciones.. (. ) (. ). (. )( (. E º = E º Cr2 O 72− / Cr 3+ + E º Cl − / Cl 2 = E º Cr2 O 72− / Cr 3+ + − E º Cl 2 / Cl − E º = 1,33 + (−1,36) = −0,03v < 0 Proceso no espontáneo. )). Septiembre 2010. FM. Problema 1B.- El cadmio metálico reacciona con ácido nítrico concentrado produciendo monóxido de nitrógeno como uno de los productos de la reacción: a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la ecuación molecular global. b) Calcule el potencial de la reacción y justifique si la reacción se produce de manera espontánea. c) ¿Qué volumen de ácido nítrico 12 M es necesario para consumir completamente 20,2 gramos de cadmio?. (. ). Datos. Masa atómica de Cd = 112; Eº (Cd2+/Cd0) = ‒0,40 V, Eº NO 3− / NO = 0, 96 V Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos, y b) 0,5 puntos.. Solución. Se nos plantea a justar la siguiente reacción red-ox: Cd + HNO 3 → Cd 2 + + NO −2 e Cd  → Cd(II) −. + 3e N(V )  → N(II) −. a.. Semireacciones iónicas en medio ácido:. Semireacción de reducción : NO 3− + 4H + + 3e − → NO + 2H 2 O Semireacción de oxidación : Cd → Cd 2 + + 2e − Reacción iónica global: se combinan las semirreacciones iónicas para eliminar los electrones. 9.

(10) (. 2 × NO 3− + 4H + + 3e − → NO + 2H 2 O. (. ). 3 × Cd → Cd 2 + + 2e − 2 NO 3−. +. + 3Cd + 8H → 2 NO + 3Cd. 2+. ). + 4H 2 O. Conocida la reacción iónica global se obtiene la molecular completando los iones que se transforman en ácidos y sales. Teniendo en cuenta que el ácido que se va a emplear es el ácido nítrico, las sales que se formarán serán nitratos.. 8HNO 3 + 3Cd → 2 NO + 3Cd (NO 3 )2 + 4H 2 O b.. El potencial de un proceso red-ox es la suma de los potenciales de cada una de las semirreacciones. E º = E º NO 3− / NO + E º Cd / Cd 2+ = E º NO 3− / NO + − E º Cd 2 + / Cd. (. ). (. ). (. E º = 0,96 + (− 0,40) = 1,36 v > 0. ) ( (. )). Para que un proceso red-ox sea espontáneo, el potencial debe ser positivo (∆G = −nFE). Reacción espontánea. c.. Este apartado se resuelve por estequiometría. 8HNO 3 + 3Cd → 2 NO + 3Cd (NO 3 )2 + 4H 2 O El factor de conversión entre el cadmio y el ácido nítrico es: HNO 3 8 8 = ⇒ n (HNO 3 ) = n (Cd ) Cd 3 3. Teniendo en cuenta el estado de agregación de cada uno de los reactivos (acido nítrico en disolución y cadmio en sólido): m(Cd ) mol 20,2 g M (HNO 3 ) ⋅ V(HNO 3 ) = : 12 ⋅ V(HNO3 ) = M(Cd ) L 112 g mol V(HNO 3 ) = 0,015 L = 15 mL. Junio 2010. FM. Problema 2B.- Al mezclar sulfuro de hidrógeno con ácido nítrico se forma azufre, dióxido de nitrógeno y agua. a) Formule las semirreacciones de oxidación y reducción. b) Formule la reacción molecular global indicando las especies oxidante y reductora. c) ¿Cuántos gramos de azufre se obtendrán a partir de 24 cm3 de ácido nítrico comercial de 65 % en masa y densidad 1,39 g·cm−3? d) Calcule el volumen de dióxido de nitrógeno que se obtiene, medido a 700 mm de Hg y 25 ºC Datos: R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1 ; masas moleculares: H = 1; N = 14; 0= 16; S = 32 Puntuación máxima por apartado: 1 punto.. Solución. a.. H 2 S + HNO 3 → S + NO 2 + H 2 O Elementos que modifican su valencia: −2 e−. S 2 −  → S Oxidación +1 e −. N(V ) → N(IV ) Reducción.  Oxidación : S 2− → S Semirreacciones iónicas:  Reducción : NO 3− → NO 2 Ajuste en medio ácido. Para ajustar en masa la semireacción de reducción se suma en el segundo miembro una molécula de H2O (por faltar un átomo de oxígeno), para ajustar el hidrógeno se suman dos protones en el primer miembro. S 2− → S Oxidación :  Reducción : NO 3− + 2H + → NO 2 + H 2 O. 10.

(11) Para el ajustar electrónico se suman las cargas de cada miembro y se igualan sumando electrones exceso de carga positiva o defecto de negativa. S 2− → S + 2e − Oxidación :   Reducción : NO 3− + 2H + + 1e − → NO 2 + H 2 O b.. Para obtener la ecuación global se combinan las dos semirreacciones para eliminar los electrones. Para obtener la ecuación molecular se completan los iones formando ácidos. H 2 S + 2HNO 3 → S + 2 NO 2 + 2H 2 O Oxidante (especie que gana electrones): HNO3 Reductor (especie que pierde electrones): H2S c.. Por estequiometria:. S 1 1 = ⇒ n (S) = n (HNO 3 ) HNO 3 2 2 El número de moles de ácido nítrico se calcula a partir del volumen de disolución y sus especificaciones comerciales (densidad y riqueza ó % en masa).. Vd +s = 24 cm 3 ⇒ m d +s = d d +s ⋅ Vd +s = 24 cm 3 ⋅1,39 g ⋅ cm −3 = 33,36 g Conocida la masa de la disolución, el tanto por ciento en masa ó riqueza permite calcular la masa de ácido nítrico, y con la masa el número de moles. % 65 m(HNO 3 ) = m d +s ⋅ = 33,36 ⋅ = 21,68 g 100 100 m(HNO 3 ) 21,68 g n (HNO 3 ) = = = 0,34 mol M(HNO 3 ) 63 g mol −1 Conocidos los moles de ácido nítrico que reaccionan se calcula los moles de S que se obtienen 1 1 n (S) = n (HNO 3 ) = ⋅ 0,34 = 0,17 mol 2 2 m(S) = n (S) ⋅ M (S) = 0,17 mol ⋅ 32 g = 5,44 g mol d.. Por estequiometria:. NO 2 1 = ⇒ n (NO 2 ) = n (HNO 3 ) HNO 3 1 n (NO 2 ) = 0,34. Conocido el número de moles con la ecuación de gases ideales se calcula el volumen. nRT 0,34 ⋅ 0,082 ⋅ 298 V (NO 2 ) = = ≈9L 700 P 760. Septiembre 2009. Problema 2B.- Se quiere oxidar el ión bromuro, del bromuro de sodio, a bromo empleando una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno 0,2 M en presencia de ácido sulfúrico. Respecto a dicha reacción: a) Ajuste las semirreacciones iónicas y la reacción molecular global. b) Calcule el potencial estándar para la reacción global. c) Calcule la masa de bromuro de sodio que se oxidaría a bromo empleando 60 mL de peróxido de hidrógeno.. 11.

(12) d) Calcule el volumen de bromo gaseoso, medido a 150°C y 790 mm Hg, desprendido en el proceso anterior. Datos. Eº Br2/Br− = 1,06 V; Eº H202/H2O = 1,77 V; R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1 ; masas atómicas: Na = 23; Br = 80. Puntuación máxima por apartado: 0,50 puntos H SO. 4 → Br + H O NaBr + H 2 O 2 2  2 2. a.. Cambio de valencia:. −1 e -. Br − → Br 0 +1 e -. O − → O 2 −. Reacción molecular global: 2NaBr + H2O2 + H2SO4 → Br2 + 2H2O + Na2SO4. b.. f.e.m. ó potencial de la reacción Eº = 0,71v > 0 Espontánea.. c.. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromuro de. sodio.. NaBr 2 = ⇒ n (NaBr ) = 2n (H 2 O 2 ) H 2O 2 1 El número de moles de bromuro de sodio se calcula como masa dividido por masa molecular (se pide la masa en gramos de bromuro de sodio), mientras que el número de moles de peroxido de hidrógeno se calcula como molaridad por volumen. m(NaBr ) = 2M (H 2 O 2 ) ⋅ V(H 2 O 2 ) M(NaBr ) m(NaBr ) = 2 ⋅ 0,2 mol ⋅ 60 × 10 −3 l : m(NaBr ) = 2,47 g l g 103 mol. d. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromo molecular. Br2 1 = ⇒ n (Br2 ) = n (H 2 O 2 ) H 2O 2 1 n (Br2 ) = 0,2 mol ⋅ 60 × 10−3 l = 0,012 mol l Conocidos los moles, se aplica la ecuación de gases ideales y se obtiene el volumen de bromo. atm ⋅ L 0,012 mol ⋅ 0,082 ⋅ 423 K n ⋅R ⋅T mol ⋅ K P⋅V = n⋅R ⋅T : V = = = 0,4 L 790 P atm 760. Modelo 2009. Cuestión 4.- Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción en medio ácido (sin ajustar): Fe2+ + Cr2O72− + H+ → Fe3+ + Cr3+ + H2O a) Indique el número (estado) de oxidación del cromo en los reactivos y en los productos. b) Ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción. c) Ajuste la reacción iónica global. d) Razone si la reacción es o no espontánea en condiciones estándar a 25°C. Datos a 25°C. Eº: Cr2O72− / Cr3+ = 1,33 V; Fe3+ / Fe2+ = 0,77 V Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto.. Solución. a. Cr2O72−: Cr(VI); Cr3+: Cr(III) b. -. Reacción de reducción-oxidación en medio ácido Semirreacción de reducción: Cr2O72− +14 H+ + 6 e− → 2Cr3+ + 7 H2O. 12.

(13) -. Semirreacción de oxidación: Fe2+ − 1 e− → Fe3+. c.. Se combinan las dos semireacciones para eliminar los electrones. d.. La espontaneidad de las reacciones es función del signo de la energía libre (∆G) ∆G º = −nFE º   : ∆G º < 0 ⇒ ESPONTÁNEA E oT = 0,56 V . Junio 2008. Problema 2A.- Las disoluciones acuosas de permanganato de potasio en medio ácido (ácido sulfúrico), oxidan al peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) formándose oxígeno, su1fato de manganeso (II), sulfato de potasio y agua. a) Formule y ajuste las semireacciones iónicas de oxidación y reducción y la reacción molecular. b) Calcule los gramos de oxígeno que se liberan al añadir un exceso de permanganato a 200 mL de peróxido de hidrógeno 0,01 M. c) ¿Qué volumen ocuparía el O2 obtenido en el apartado anterior, medido a 21°C y 720 mm Hg? Datos. R = 0,082 atm·L·K−1·mol; masa atómica: O = 16; 1 atm = 760 mm Hg Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos.. Solución. a. Se formulan los componentes de la reacción. KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + H2O + K2SO4 -. Se buscan los elementos que cambian de valencia: Manganeso: El Mn7+ gana electrones y pasa a Mn2+. Proceso de reducción. -. Oxígeno: El O 22− pierde electrones y pasa a O2. Proceso de oxidación. Se plantean por separado las semireacciones de reducción y de oxidación.. Se ajusta el oxígeno. Por estar en medio ácido, donde falta oxígeno, se suman tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten.. Se ajusta el hidrógeno. En el miembro donde falte hidrógeno, se suman tantos protones (H+) como átomos de hidrógeno falten.. Se ajusta la carga en cada una de las semireacciones intentando igualar la carga en ambos miembros, para ello se suman o se restan electrones en el primer miembro de cada semirreacción.. Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones entre las dos, obteniéndose la reacción iónica global.. 13.

(14) Por tanteo, y teniendo en cuenta que el ácido utilizado es el ácido sulfúrico, se obtiene la reacción molecular ajustada.. 2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O + K 2 SO 4 b.. A partir de la reacción molecular ajustada, y mediante cálculos estequiométricos se calculan los moles de oxígeno conocidos los moles de peroxido de hidrógeno que reaccionan. O2 1 Factor de conversión: = ⇒ n (O 2 ) = n (H 2 O 2 ) H 2O 2 1 El número de moles de agua oxigenada se obtiene, por ser una disolución, de la definición de molaridad. mol n (O 2 ) = n (H 2 O 2 ) = M (H 2 O 2 ) ⋅ V(H 2 O 2 ) = 0'01 ⋅ 200 × 10 −3 L = 2 ×10 −3 mol L Conocidos los moles de oxígeno, con la definición de número de moles se calcula la masa de oxígeno. gr m n= : m(O 2 ) = n (O 2 ) ⋅ M (O 2 ) = 2 × 10 −3 mol ⋅ 32 = 0'064 gr = 64 mg M mol c.. Conocidos los moles de oxígeno, la ecuación de gases ideales permite calculas el volumen que ocupan. P ⋅ V = nRT atm ⋅ L 2 ×10 −3 mol ⋅ 0'082 ⋅ 294 K nRT mol ⋅ k V= = = 0'05 L 720 P atm 760. Modelo 2008. Problema 2B.- Dada la reacción en la que el ión permanganato (tetraóxomanganato (VII)) oxida, en medio ácido, al dióxido de azufre, obteniéndose ión tetraoxosulfato (VI) e ión manganeso (II). a. Ajuste la reacción iónica por el método del ión-electrón. c. Calcule el volumen de una disolución de permanganato 0,015M necesario para oxidar 0,32 g de dióxido de azufre. Datos: Potenciales estándar de electrodo: MnO4−, H+/Mn2+ = +1,51 v; SO42−, H+/SO2 (g) = +0,17 v; Pesos atómicos: S = 32 y O = 16 Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos y c) 0,5 puntos.. Solución. a. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción iónica: H+. 1.. MnO −4 + SO 2  → Mn 2+ + SO 24− Se buscan los elementos que cambian de valencia y se plantean por separado las semireacciones de reducción (ganancia de e−) y oxidación (perdida de e−).. 2.. Se ajustan las masas teniendo en cuenta que es medio ácido.. 3.. Se ajustan las cargas sumando o restando electrones, de cada reacción por separado.. 4.. Se combinan linealmente las ecuaciones para eliminar los electrones. Si por fuera de la combinación lineal colocamos los potenciales de cada una de las semireacciones y los sumamos, se obtiene el potencial global de. 14.

(15) la reacción. Al potencial de la semirreacción de oxidación se le a de cambiar el signo pues se ha invertido el orden de la reacción.. Semirreacción global iónica:. 2MnO 4− + 5SO 2 + 2H 2 O → 2Mn 2+ + 5SO 24 − + 4H + c.. Por estequiometria de la reacción: 2MnO 4− + 5SO 2 + 2H 2 O → 2Mn 2+ + 5SO 24 − + 4H +. (. ). MnO −4 2 2 = ⇒ n MnO −4 = ⋅ n (SO 2 ) SO 2 5 5 El número de moles de permanganato, por estar en disolución, se calcula a partir de la definición de molaridad, el número de moles de dióxido de azufre, por ser un sólido, se calcula dividiendo la masa en gramos entre el peso molecular. 2 m(SO 2 ) 2 0'32 gr V ⋅M = ⋅ : V ⋅ 0'015 mol = ⋅ l 5 MnO−4 MnO−4 MnO−4 5 M(SO 2 ) 64 gr mol. V. MnO−4. = 0'134 l = 134 ml. Junio 2007. Cuestión 4.- En una disolución en medio ácido, el ión MnO4− oxida al H2O2, obteniéndose Mn2+, O2 y H2O. a) Nombre todos los reactivos y productos de la reacción, indicando los estados de oxidación del oxígeno y del manganeso en cada uno de ellos. b) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción en medio ácido. c) Ajuste la reacción global. d) Justifique, en función de los potenciales dados, si la reacción es espontánea o no en condiciones estándar. Datos. Eº (MnO4−/ Mn2+) = 1,51 V; Eº (O2/H2O2) = 0,70 V Puntuación máxima por apanado: 0.5 puntos.. Solución. a). MnO −4 : Ión permanganato. Estado de oxidación del Mn = +7. H 2 O 2 : Peroxido de hidrógeno (agua oxigenada). Estado de oxidación del O = −1. Mn 2 + : Ión manganoso ó manganeso (II). Estado de oxidación del Mn = +2 O 2 : Oxigeno molecular. Estado de oxidación del O = 0.. H 2 O : Agua. Estado de oxidación del O = −2 b) •. Semireacción de reducción: MnO 4− + 8H + + 5e − → Mn 2 + + 4H 2 O. •. Semireacción de oxidación: H 2 O 2 − 2e − → O 2 + 2H +. c). Cátodo ≡ Re ducción d) E º = E º (Cátodo ) − E º Ánodo , donde:   Ánado :≡ Oxidación. (. ). 15.

(16) (. ). E º = E º MnO 4− Mn 2 + − E º (O 2 H 2 O 2 ) = 1'51 − 0'70 = 0'81v > 0 ∆G = − nFE   ⇒ ∆G < 0 Proceso ESPONTÁNEO E>0  Cuestión 4.- En disolución ácida, el ión dicromato oxida al ácido oxálico (H2C2O4) a CO2 según la reacción (sin ajustar): Cr2O72− + H2C2O4 → Cr3+ + CO2 a) Indique los estados de oxidación de todos los átomos en cada uno de los reactivos y productos de dicha reacción. b) Escriba y ajuste las semireacciones de oxidación y reducción. c) Ajuste la reacción global. d) Justifique si es espontánea o no en condiciones estándar. Datos.- Eº (Cr2O72−/ Cr3+) = 1,33 V; Eº (CO2/H2C2O4) = −0,49 V Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.. Solución. a.. - Reactivos.. Cr2 O 72 −. Cr : +6 : O : 2 −. - Productos. Cr3+: +3. e) b..  H : +1  H 2 C 2 O 4 :  C : +3 O : −2  C : +4 CO 2 :  O : −2. Escriba y ajuste las semireacciones de oxidación y reducción. - Semirreacción de reducción: Cr2 O 72 − + 14H + + 6e − → Cr 3+ + 7H 2 O - Semirreacción de oxidación: H 2 C 2 O 4 − 2e − → 2CO 2 + 2H +. c. Combinando linealmente las dos ecuaciones para eliminar los electrones, se obtiene la ecuación iónica global del proceso.. Nota: Observar como hemos cambiado el signo al proceso de oxidación d. La espontaneidad de los procesos de transferencia de electrones viene determinada por el valor del potencial, ya que este se relaciona con la variación de energía libre (∆G) según la relación ∆G = − nFE , donde n es el número de electrones que se transfieren (valor positivo) y F es la constante de Faraday (F =96500C/Eq), por lo tanto: - Sí E > 0 ⇒ ∆G < 0. Reacción espontánea - Si E = 0 ⇒ ∆G = 0. Sistema en equilibrio - Si E < 0 ⇒ ∆G >0. Reacción no espontánea, espontánea en sentido contrario. EºT = 1’82 v > 0 ⇒ ∆G < 0 Reacción ESPONTÁNEA Septiembre 2006. Problema 2A. Se sabe que el ión permanganato oxida el hierro (II) a hierro (III), en presencia de ácido sulfúrico, reduciéndose él a Mn (II). a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción y la ecuación iónica global. b) ¿Qué volumen de permanganato de potasio 0,02 M se requiere para oxidar 40 mL de disolución 0,1 M de sulfato de hierro (II) en disolución de ácido sulfúrico? Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto.. Solución. a.. H 2SO 4 MnO −4 + Fe 2 +   → Mn 2 + + Fe 3+ Elementos que varían su valencia:. 16.

(17) Mn : 7 + → 2+ : Gana e − Fe : 2+ → 3+ : Pierde e − Las semireacciones (S.R.) ajustadas en medio ácido son:. b.. En el punto de equivalencia de una volumetría red-ox se debe cumplir: n º Eq − gr (Oxidante ) = n º Eq − gr (Reductor ). que aplicado al problema propuesto:. n º Eq − gr (NaMnO 4 ) = n º Eq − gr (FeSO 4 ). Debido al estado de agregación (disolución) N(KMnO 4 ) ⋅ V (KMnO 4 ) = N(FeSO 4 ) ⋅ V(FeSO 4 ) Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad (N = M·v) M (KMnO 4 ) ⋅ v(KMnO 4 ) ⋅ V(KMnO 4 ) = M (FeSO 4 ) ⋅ v(FeSO 4 ) ⋅ V (FeSO 4 ) siendo v la valencia redox ó numero de electrones que se transfieren en la semirreacción. 0'02 mol ⋅ 5 Eq ⋅ V (KMnO 4 ) = 0'1 mol ⋅1 Eq ⋅ 40 ×10 −3 L L mol L mol V (KMnO 4 ) = 40 × 10 −3 L. Junio 2006. Problema 2B.- En la oxidación de agua oxigenada con 0,2 moles de permanganato, realizada en medio ácido a 25°C y 1 atm de presión, se producen 2 L de O2 y cierta cantidad de Mn2+ y agua. a) Escriba la reacción iónica ajustada que tiene lugar. b) Justifique, empleando los potenciales de reducción, si es una reacción espontánea en condiciones estándar y 25 °C. c) Determine los gramos de agua oxigenada necesarios para que tenga lugar la reacción. d) Calcule cuántos moles de permanganato se han añadido en exceso. Datos: R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1; E°(MnO4−/Mn2+) = 1,51 V; Eº(O2 /H2O2) = 0,68 V Masas atómicas: O = 16; H = 1. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución. a. H+. H 2 O 2 + MnO −4  → O 2 + Mn 2+ Elementos que cambian de valencia: Mn : 7+ → 2 + Gana electrones O : 1− → 0 Semireacciones ajustadas en medio ácido.. Pierde electrones. b. La condición necesaria y suficiente para que un proceso red-ox sea espontáneo es que el potencial total de la reacción sea positivo.. 17.

(18) E > 0 ⇒ ∆G < 0 : ESPONTÁNEA ∆G = − nFE :   E < 0 ⇒ ∆G > 0 : NO ESPONTÁNEA El potencial total de una reacción red-ox se puede obtener como resta de los potenciales de reducción del cátodo (reducción) menos el potencial de reducción del ánodo (oxidación).. E oT = E o. CÁTODO. (Re ducción ) − E oÁNODO (Oxidación ). −   O2  = 1'51 − 0'68 = 0'83v > 0 ⇒ ESPONTÁNEA  E oT = E º  MnO 4 2+  − E º  H 2 O 2   Mn  . c.. Los cálculos estequiométricos se realizan a partir del oxigeno obtenido en la reacción. GAS P ⋅ VO H 2O 2 5 1atm ⋅ 2L 2 = ⇒ n (H 2 O 2 ) = n (O 2 ) = = = 0'08moles atm ⋅ L O2 5 R ⋅T 0'082 298K mol ⋅ K m(H 2 O 2 ) = n (H 2 O 2 ) ⋅ M (H 2 O 2 ) = 0'08mol ⋅ 34 gr = 2'72gr mol. d. Los moles de permanganato que reacciona se calcula por estequiometria conocidos los moles e oxígeno formados.. (. (. MnO 4− 2 = ⇒ n MnO 4− O2 5. n MnO −4. ). Exc. (. = n MnO −4. ). R. =. 2 2 n (O 2 ) = 0'08 = 0'032moles 5 5. ) − n(MnO ). − 4 R. o. = 0'2 − 0'032 = 0'168moles. Septiembre 2005. Problema 2B. Un vaso contiene 100 cm3 de disolución de cationes Au+ 0’03 M. Este catión se reduce y oxida simultáneamente (dismutación) a oro metálico (Au) y catión Au3+ hasta que se agota todo el catión Au+. Datos.- Eº(Au3+/Au) = +1,40V; Eº(Au3+/Au+) = +1,25V; Eº(Au+/Au) = +1,70V; F=96500 C·mol−1 Masa atómica: Au = 197. Puntuación máxima por apartado: 0’5 puntos.. a) b) c) d). Ajuste la reacción redox que se produce. Calcule el potencial de la reacción. Calcule la concentración resultante de iones Au3+ en disolución. Calcule la masa de Au que se forma.. Solución.. Au + → Au + Au 3+. a.. b.. Eº = Eº(Red) − Eº(Ox) = Eº(Au+/Au) − Eº(Au3+/Au+) = 1’70 − 1’25 = 0’45 > 0 El proceso es espontáneo. c.. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au+ a Au3+ es:. Au 3+ +. =. (. ). (. 1 1 ⇒ n Au 3+ = n Au + 3 3. ). Au El número de moles de ión Au+ se obtiene del volumen y concentración de la disolución mediante la definición de molaridad n  mol  −3 −3 M= ⇒ n Au + = M ⋅ V = 0'03  ⋅100 ×10 (l ) = 3 × 10 (moles ) V(l )  l . (. ). 18.

(19) sustituyendo en la primera ecuación. (. ). (. ). (. ). 1 1 n Au + = ⋅ 3 × 10 −3 = 10 −3 moles 3 3 Conocidos los moles y el volumen (es el de la disolución inicial), se calcula la concentración. n Au 3+ =. Au 3+ =. n Au 3+ 10 −3 = = 0'01M V(l ) 100 × 10 −3. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au+ a Au es: Au 2 2 2 = ⇒ n (Au ) = n Au + = ⋅ 3 × 10 −3 = 2 ×10 −3 moles + 3 3 3 Au. d.. (. ). Conocidos los moles se calcula la masa de Au mediante la definición de número de moles. m(gr ) n= ⇒ m(Au ) = n (Au ) ⋅ M (Au ) = 2 × 10 −3 ⋅197 = 0'394gr de Au gr   M   mol . Junio 2005. Cuestión 4.- Dada la reacción de oxidación-reducción:. SO32− + MnO4− → SO42− + Mn2+ a) Indique los estados de oxidación de todos los elementos en cada uno de los iones de la reacción. b) Nombre todos los iones. c) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción en medio ácido. d) Escriba la reacción iónica global ajustada.. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.. Solución. a.. S : 4 + SO 32− :  O : 2 −. Mn : 7 + MnO −4 :   O:2−. S : 6 + SO 24− :  O : 2 −. b.. SO 32− : Sulfito. c.. Semirreacción de Reducción. MnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O. MnO −4 : Permanganato. SO 24 − : Sulfato. Mn2+ : 2+. Mn2+: Hipomanganito. Semirreacción de Oxidación. SO32− + H2O − 2e− → SO42− + 2H+ d.. Combinando linealmente ambas ecuaciones se eliminan los electrones y aparece la ecuación iónica global.. Modelo 2005. Cuestión 4.- Complete y ajuste, en medio ácido, las semireacciones de oxidación y de reducción así como la reacción global. Indique si son espontáneas las reacciones globales en función de los potenciales normales redox. a) Cr2 O 72 − + S 2− + H + ↔ Cr 3+ + ... KMnO 4 + HCl + SnCl 2 ↔ SnCl 4 + .... b). ( (MnO. ) ( ) ) = 1,51V; E (Sn / Sn ) = 0,15V. Datos: E Cr2 O 7−2 / Cr 3+ = 1,33V; E o S S 2 − = 0,14V; o. E. o. − 4. / Mn. 2+. o. 4+. 2+. Puntuación máxima por apartado:1 punto.. Solución. a. Semireacciones:. 19.

(20) Reacción Molecular. Los 14 protones necesarios pare el proceso red-ox, se obtienen con 7 moléculas de ácido sulfhídrico (H2S), de las cuales tres se comportan como reductor oxidándose hasta azufre elemental y las otras 4 se mantienen como sulfuros para formar sales en el segundo miembro. K 2 Cr2 O 7 + 7H 2 S → Cr2 S 3 + 3S + 7H 2 O + K 2 S La espontaneidad de las reacciones red-ox se estudia en función del potencial mediante la expresión: ∆G = −n·F·E Siendo n y F valores siempre positivos, el signo de la energía libre depende del signo del potencial. Sí E > 0 ⇒ ∆G < 0. Reacción ESPONTÁNEA Sí E<> 0 ⇒ ∆G > 0. Reacción NO−ESPONTÁNEA E º = E oRe d Cr2 O 7−2 / Cr 3+ − E oOx S S 2− = 1,33 − 0,14 = 1'19 v >0⇒ ESPONTÁNEA. (. b.. ). (. ). Semireacciones:. Reacción molecular:. 2KMnO 4 + 5SnCl 2 + 16HCl → 2MnCl 2 + 5SnCl 4 + 8H 2 O + 2KCl Por se el potencial positivo, el proceso es ESPONTÁNEO.. Septiembre 2004. Cuestión 5.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción global, en medio ácido y sin ajustar: K 2 Cr2 O 7 + HI → KI + CrI 3 + I 2 + H 2 O a) Indique los estados de oxidación de todos los átomos en cada una de las moléculas de la reacción. b) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, así como la reacción global.. Puntuación máxima por apartado: 1 punto.. Solución. a. -. b..  K : +1  K 2Cr2O7 : Cr : +6  O : −2 . -.  H : +1 HI :   I : −1 K : +1 KI :   I : −1. Cr : +3 CrI 3 :   I : −1. -. I 2 : {I : 0. -.  H : +1 H2 0 :  O : −2. Para el ajuste de las semirreacciones se emplea el método ión electrón en medio ácido. 1º Se seleccionan los iones donde existan elementos que cambien de valencia.. 2º Se ajustan metales y no-metales excepto oxígeno e hidrógeno.. 3º Se ajusta el oxigeno, sumando en el miembro donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno halla en defecto. 4º Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde falten tantos protones(H+) como átomos de hidrógeno falten. 20.

(21) 5º Una vez completado el ajuste de masa se procede al ajuste de cargas. Se suman las cargas de cada miembro. Si en el primer miembro existe exceso de carga positiva o defecto de carga negativa, se suman e− en él para ajustar las cargas. Si por el contrario en el primer miembro existe defecto de carga positivas o exceso de carga negativa, se restan e− en él para ajustar las cargas.. 6º Se combinan linealmente las ecuaciones para entre las dos eliminar los e−. 7º Se transforma la ecuación iónica en molecular formando con los iones las correspondiente sales ó ácidos.. Septiembre 2003. Problema 1B. El bromuro de potasio reacciona con el ácido sulfúrico concentrado para dar sulfato de potasio, bromo libre, dióxido de azufre y agua. Conteste a las siguientes preguntas: a) Formule y ajuste las semirreacciones iónicas redox y la reacción neta molecular. b) ¿Cuántos cm3 de bromo se producirán al hacer reaccionar 20g de bromuro de potasio con ácido sulfúrico en exceso? Datos.- Masas atómicas: Br = 80, K = 39; densidad Br2 = 2,8 g·cm−3 Puntuación máxima por apartado: 1,0 punto.. Solución. a. En una reacción redox, el primer paso es buscar los elementos que transfieren electrones.. Br − → Br 0 S 6+ → S 4+ a continuación se ajustan las semirreacciones de oxidación y reducción en forma iónica y por separado. El ajuste se hace teniendo en cuenta que la reacción se realiza en medio ácido.. b.. La relación estequiométrica entre el bromuro de potasio(KBr) y el bromo molecular(Br2) es: Br2 1 = KBr 2 conocidos los moles iniciales de KBr, mediante la relación estequiométrica, se calculan los moles de Br2 que se obtienen en la reacción. Con el número de moles y la masa molecular se calcula la masa en gramos y, con la densidad, el volumen de Br2. m (gr ) 20 (gr ) n (KBr ) = = = 0'168 moles gr    gr  M 119   mol   mol    por la estequiometria de la reacción n (Br2 ) 1 = ⇒ n (Br2 ) = 0'084 moles : m(Br2 ) = n (Br2 ) ⋅ M(Br2 ) = 0'064 ⋅160 = 13'4 moles con 0'168 2 la densidad del bromo y la masa, se calcula el volumen. 21.

(22) d=. m V. :.   13'4 (gr ) 2'8  gr 3  = cm   V cm 3. ( ). despejando. V = 4'8 cm 3. Junio 2001. Problema 1B. Un método de obtención de cloro gaseoso se basa en la oxidación del ácido clorhídrico con ácido nítrico, produciéndose simultáneamente dióxido de nitrógeno y agua. a. Escriba la reacción ajustada por el método del ion-electrón. b. Determine el volumen de cloro obtenido, a 25ºC y 1 atm, cuando se hacen reaccionar 500 ml de una disolución 2 M de HCl con ácido nítrico en exceso, si el rendimiento de la reacción es de un 80%. Puntuación máxima por apartado: 1. Solución. Se pide ajustar por el método ión-electrón una reacción redox, para a continuación resolver un problema simple de estequimetria. a.. HCl + HNO3 → NO2 + Cl2 + H2O. 2HCl + 2HNO3 → Cl2 + 2NO2 + 2H2O Reacción molecular global b.. Partiendo de la definición de molaridad se calcula el número de moles iniciales de HCl. n M= n = M ⋅ V(l ) = 2 mol ⋅ 0'5(l ) = 1(mol ) l V(l) La relación estequiométrica entre el HCl y el Cl2 es: n (Cl 2 ) 1 Cl 2 1 = ⇒ = ⇒ n (Cl 2 ) = 0'5 1 2 HCl 2. (. ). Teniendo en cuenta la definición de rendimiento(η) Re al η(% ) = ⋅100 Teórico y aplicando al número de moles η 80 n (Cl 2 ) R = n (Teóri cos) ⋅ = 0'5 ⋅ = 0'4 100 100 Conocidos el número de moles reales de cloro que se obtienen, el volumen se calcula mediante la ecuación de gases ideales. P· V=n· R· T nRT 0'4 ⋅ 0'082 ⋅ 298 V (Cl 2 ) = = = 9'8(l ) P 1. 22.

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