6.5. El agua oxigenada en medio ácido puede actuar como oxidante o como reductor. Escribir las semirreacciones en cada caso.

Transcripción

1 330 Capítulo Indicar el número de oxidación para cada uno de los elementos de las siiguientes sustancias, exceptuando el H y O: (a) N 2 ; (b) N 2 O 3 ; (c) HCOONa; (d) H 4 P 2 O 5 ; (e) B 4 O 7 2 ; (f) V 3 [Fe(CN) 6 ] 2 ; (g) hierro metálico; (h) AlCl 3 ; (i) NaNO 2 ; (j) NO 3 ; (k) N 2 O; (l) Cr 2 O 3 ; (m) CrO 4 2 ; (n) Cr 2 O Clasificar cada una de las siguientes semirreacciones como oxidación o reducción: (a) Hg Hg 2 2+ ; (b) OH O 2 ; (c) Fe 3+ Fe 2+ ; (d) Cl 2 ClO Para la reacción : ClO 3 + S 2 + H 2 O Cl + S + OH, identificar: (a) especie oxidada; (b) especie reducida; (c) agente oxidante; (d) agente reductor En cada uno de los siguientes procesos redox, identifique el oxidante y el reductor. Escribir ambas semirreacciones: (a) Al + NO 3 Al(OH) 3 + NH 3 ; (b) PbS + H 2 O 2 PbSO 4 + H 2 O; (c) I 2 + Cl 2 ICl El agua oxigenada en medio ácido puede actuar como oxidante o como reductor. Escribir las semirreacciones en cada caso En cada una de las siguientes ecuaciones de oxidaciónreducción, identifique los elementos que experimentan cambios en su número de oxidación e indique la magnitud del cambio en cada caso: a) 3 H 2 S + 2 HNO 3 3 S + 2 NO + 4 H 2 O 2 b) 5 H 2 SO MnO 4 5 SO Mn H H 2 O c) 2 CrO ClO + 2 OH 2 2 CrO Cl + H 2 O d) 2 Cu 2+ + H 2 O 2 Cu + O H + e) 2 KOH + Cl 2 KCl + KClO + H 2 O f) BaSO C BaS + 4 CO g) 5 PbO Mn SO H + 5 PbSO MnO H 2 O h) CH O 2 CO H 2 O 6.7. Complete y balancee cada una de las siguientes semirreacciones: a) H 2 O 2 O 2 (solución ácida) b) NO 3 NO (solución ácida) 2 c) SO 3 2 SO 4 (solución básica) d) MnO 4 MnO 2 (solución básica) e) H 2 O 2 H 2 O (solución ácida) f) PbO 2 + Cl PbCl 2 (solución ácida) g) ClO Cl (solución básica)

2 ÓxidoReducción 331 h) Cr(OH) 4 CrO 4 2 (solución básica) 6.8. Complete y balancee cada una de las ecuaciones siguientes: 2 (a) Cr 2 O 7 + I Cr 3+ + IO 3 (sol. ácida) (b) MnO 4 + CH 3 OH Mn 2+ + HCOOH (sol. ácida) (c) As + ClO 3 H 3 AsO 3 + HClO (sol. ácida) (d) As 2 O 3 + NO 3 H 3 AsO 4 + N 2 O 3 (sol. ácida) (e) MnO 4 + Br MnO 2 + BrO 3 (sol. básica) (f) H 2 O 2 + Cl 2 O 7 ClO 2 + O 2 (sol. básica) 2 (g) Pb(OH) 4 + ClO PbO 2 + Cl (sol. básica) (h) Tl 2 O 3 + NH 2 OH TlOH + N 2 (sol. básica) 2 (i) Cr 2 O 7 + CH 3 OH HCOOH + Cr 3+ (sol. ácida) (j) NO Cr 2 O 7 Cr 3+ + NO 3 (sol. ácida) (k) ClO 3 + Cl + H + Cl 2 + H 2 O (sol. ácida) (l) NaCrO 2 + H 2 O 2 + NaOH Na 2 CrO 4 + H 2 O (sol. básica) (m) Zn + OH 2 ZnO 2 + H 2 (sol. básica) 6.9. Complete y balancee cada una de las siguientes ecuaciones: 1. KBr + Cl 2 KCl + Br 2 2. Ag + H 2 SO 4 Ag 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O 3. KI + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 I 2 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O 4. I 2 + Na 2 S 2 O 3 Na 2 S 4 O 6 + NaI 2 5. Zn + NO 3 Zn(OH) 4 + NH 3 6. NO 3 + I + H + NO + I 2 + H 2 O 2 7. IO 3 + HSO 3 I 2 + SO 4 + H 2 O 8. MnO 4 + Fe 2+ + H + Mn 2+ + Fe ClO 3 + Co 2+ + OH Cl + Co 3+ + H 2 O 10. I 2 + HNO 3 NO + HIO 3 + H 2 O 11. P + HNO 3 NO + H 3 PO MnO 2 + HCl MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O 13. KMnO 4 + NaNO 2 + HCl MnCl 2 + NaNO 3 + KCl + H 2 O 14. Cu 3 (AsO 3 ) 2 + NaOH Na 3 AsO 4 + Cu 2 O + Na 3 AsO 3 + H 2 O 15. KOH + CrCl 3 + Cl 2 K 2 CrO 4 + KCl + H 2 O 16. Br 2 + KAsO 2 + KOH K 3 AsO 4 + KBr + H 2 O 17. Na 2 S 2 O 4 + Na 3 AsO 4 NaAsO 2 + Na 2 SO 4 + NaOH 18. HCHO + Cu 2+ + OH HCOO + Cu 2 O + H 2 O 19. CH 3 COCOCH 3 + MnO 4 CH 3 COO + Mn C 2 H 6 O + K 2 Cr 2 O 7 + HCl C 2 H 2 O + CrCl 3 + KCl + H 2 O 21. CH 3 CH 2 CHO + Ag(NH 3 ) OH CH 3 CH 2 COO + Ag + H 2 O 22. CH 3 CH 2 CH 2 (OH)CH 3 + H 2 O 2 CH 3 CH 2 COCH 3 + H 2 O 23. KNO 3 + Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + (NH 4 ) 2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 24. SCN + Al + H + Al 3+ + NH C + H 2 S 25. Pt + NO 3 + Cl + H + 2 PtCl 6 + NO Al + OH + AsO 2 AsH 3 + Al(OH) 4

3 332 Capítulo KIO 3 + Cl 2 + KOH KIO 4 + KCl + H 2 O 28. Na 2 C 2 O 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O 29. Cl 2 + H 2 O HCl + HClO 30. KIO 3 + Al + HCl I 2 + AlCl 3 + KCl + H 2 O 31. PbS + H 2 O 2 PbSO 4 + H 2 O 32. MnCl 2 + KCl + H 2 O 2 KMnO 4 + HCl + H 2 O 33. Cl 2 + NaOH NaCl + NaClO 3 + H 2 O 34. As + NaClO + H 2 O H 3 AsO 4 + NaCl 35. KMnO 4 + NO 2 + KOH MnO 2 + KNO 3 + H 2 O 36. N 2 O 4 + NaBr + NaOH NaNO 2 + NaBrO 3 + H 2 O 37. MnCl 2 + KOH + H 2 O 2 KMnO 3 + KCl + H 2 O 38. Cu 2 S + HNO 3 SO 2 + Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O 39. AgNO 3 + Ag 3 As + H 2 O Ag + H 3 AsO 3 + HNO Ag AsO 3 + Zn + H + As 3 + Ag + Zn 2+ + H 2 O 41. P + AgNO 3 + H 2 O Ag 3 P + H 3 PO 2 + HNO P + KOH PH 3 + KH 2 PO Pb + PbO 2 + Na 2 SO 4 + HCl PbSO 4 + NaCl + H 2 O 44. IO 3 + I + H + I 2 + H 2 O 45. S + NaOH Na 2 S + Na 2 S 2 O 3 + H 2 O Escriba e iguale las ecuaciones correspondientes a las siguientes reacciones redox: (a) nitrato potásico + sulfato ferroso en medio ácido sulfúrico para dar óxido nítrico + sulfato férrico+ sulfato potásico + agua; (b) permanganato potásico + dióxido de azufre + agua, para dar sulfato de manganeso(ii) + sulfato potásico + ácido sulfúrico; (c) bromuro potásico + dicromato potásico + ácido clorhídrico para dar cloruro de cromo(iii) + cloruro potásico + bromo + agua; (d) permanganato potásico + yoduro potásico + hidróxido potásico para dar manganato potásico, yodato potásico y agua Determine el peso equivalente de los siguientes oxidantes en los procesos que se indican: (a) K 2 Cr 2 O 7 Cr 3+ ; (b) KMnO 4 Mn 2+ ; (c) HNO 3 NO; (d) H 2 O 2 H 2 O Los iones nitrato en medio ácido se reducen a ion nitrito. Calcular el peso de nitrato de potasio necesario para preparar 100 ml de solución 0,2 N que será usada como oxidante El dióxido de manganeso reacciona con ácido clorhídrico formando cloruro de manganeso(ii) y cloro molecular: (a) determinar el peso equivalente de oxidante y reductor de este proceso; (b) calcular las cantidades estequiométricas de ambos reactivos para obtener 16 litros de cloro medidos en condiciones normales Determinar si en condiciones estándar los iones Cr 3+ oxidan al cobre metálico, o por el contrario, los iones Cu 2+ oxidan al Cr metálico a Cr 3+. E º 0,74 V E Cu º 2 = / Cu + 0,337 V. Cr 3 + = / Cr ;

4 ÓxidoReducción A partir de los potenciales normales, determinar si el Fe 3+ puede oxidar el I a I 2 en condiciones estándar Deducir si el cloro o el yodo pueden reaccionar con iones Fe 2+ y transformarlos en iones Fe 3+ en medio acuoso, a partir de los siguientes datos:! = 1,36 V ; E! = 0,54 V ; = 0,77 V I 2 /I E + 2+!. Fe 3 /Fe E Cl 2 /Cl Utilizando los potenciales del Apéndice D predecir si el siguiente proceso ocurrirá en forma espontánea: Sn 2+ + I Sn + I Busque los potenciales estándar de reducción en el Apéndice D para determinar si: (a) el cloro, Cl 2, puede oxidar al manganeso; (b) el ion permanganato puede oxidar al ácido clórico; (c) el manganeso puede reducir al ácido clórico El ácido nítrico en disolución 1 M reacciona con cadmio metálico produciendo nitrato de cadmio y monóxido de nitrógeno. Calcular el potencial normal de la reacción y deducir si habrá reacción con cobre metálico. Indicar los agentes oxidante y reductor en cada caso. Datos : Eº /NO NO 3 = 0,96 V ; + 0,40 V ; 0,34 V Eº Cd 2 /Cd = Eº Cu 2 /Cu = El oro se encuentra en dos estados de oxidación comunes, +1 y +3. Los potenciales estándar de reducción son: Eº Au + /Au = 1,69 V y Eº Au 3 + /Au = 1,60 V. Utilice estos datos para determinar el potencial estándar de reducción Eº Au 3+ /Au Los potenciales normales de los pares redox Cl 2 /Cl, Br 2 /Br y I 2 /I son 1,36 V, 1,06 V y 0,53 V, respectivamente. Justificar si serán o no espontáneas las siguientes reacciones en medio acuoso: (a) cloro + yoduro potásico cloruro potásico + yodo; (b) bromo + cloruro potásico bromuro potásico + cloro El agua oxigenada en medio ácido puede actuar como oxidante o como reductor. Consultando la Tabla de potenciales de reducción (Apéndice D), indicar como se comportaría frente a los siguientes reactivos: MnO 4, I Utilizando los datos del Apéndice D, indicar si la dismutación del ion Hg 2 2+ es espontánea o no En base a los potenciales del Apéndice D indique: (a) cual de los siguientes oxidantes es más fuerte y cual es el más débil en solución ácida: Ce 4+, Br 2, H 2 O 2, Zn 2+ ; (b) cual reductor es el más fuerte y cual es el más débil en solución ácida: F, Zn, N 2 H 5 +, I 2, NO Utilizando datos del Apéndice D, indicar que ocurre cuando en una disolución de sulfato de hierro(ii) se introduce una lámina de los siguientes metales: (a) Cd; (b) Zn; (c) Cu.

5 334 Capítulo Utilizando los potenciales estándar del Apéndice D sugiera uno o más agentes capaces de reducir el Eu 3+ a Eu 2+ bajo condiciones normales ( Eº ,43 V ). Eu 3 /Eu = Dadas las siguientes semirreacciones y sus correspondientes potenciales normales de electrodo: (a) AuBr 4 + 3e Au + 4 Br (Eº = 0,858 V); (b) Eu 3+ + e Eu 2+ (Eº = 0,43 V); (c) IO + H 2 O + 2e I + 2 OH (Eº = +0,49 V); (d) Sn e Sn (Eº = 0,14 V). Escriba la combinación de reacciones que producen la mayor fem y determine este valor y escriba además la combinación de reacciones que den el menor valor para la fem Una celda utiliza la reacción siguiente: 2 Co 3+ + Zn 2 Co 2+ + Zn 2+. Cuál es el efecto sobre la fem de la celda cada una de las siguientes situaciones: (a) se disuelve nitrato de cobalto(ii) en el compartimiento del cátodo; (b) se disuelve nitrato de cobalto(iii) en el compartimiento del cátodo; (c) se duplica el tamaño del electrodo de Zn; (d) se agrega agua en el compartimiento del ánodo Se construye una celda voltaica que consiste en un compartimiento electródico que consta de una tira de cadmio sumergida en una solución de nitrato de cadmio y otro compartimiento que tiene una tira de níquel colocada en una solución de cloruro de níquel(ii). La reacción total de la celda es: Cd (s) + Ni 2+ (ac) Ni (s) + Cd 2+ (ac). Para esta pila indique: (a) la semirreacción que ocurre en cada uno de los compartimientos electródicos; (b) cuál electrodo es el ánodo y cuál es el cátodo; (c) los signos de los electrodos; (d) sentido en que fluyen los electrones Representar las pilas cuyas reacciones de pila son las siguientes: (a) Cl 2(g) + Cd (s) Cd Cl (b) 2 Fe 2+ + Cl 2(g) 2 Fe Cl (c) 2 Ag + + Cu 2 Ag + Cu Escribir las semirreacciones del ánodo y del cátodo: (a) Pt (s) H 2(g) H + Ag + Ag (s) (b) Zn (s) Zn 2+ Fe 3+, Fe 2+ Pt (s) Calcular la fem de una pila cuya reacción global es: Ag + + Cr 2+ Ag + Cr 3+ y las concentraciones iónicas son 1 M para todos los iones Hallar la fem normal de la pila: Pt (s) Fe 2+, Fe 3+ Cl Cl 2 Pt (s) Se tiene una pila formada por un electrodo de cobre y otro de zinc, sumergidos en soluciones de sus mismos iones: (a) indicar cuál electrodo es el polo positivo y cuál el polo negativo; (b) calcular la f.e.m. si la concentración de ambos iones es 1 M; (c) calcular la fem si la concentración de Cu 2+ es 2 M y la de Zn 2+ es 0,3 M Hallar el potencial de reducción para el electrodo Fe 3+ Fe 2+ si la concentración de Fe 2+ es 3 veces mayor que la concentración de Fe 3+.

6 ÓxidoReducción Calcular la fem de la pila : 2Co 3+ + Zn 2Co 2+ + Zn 2+, bajo las siguientes condiciones: [Co 3+ ] = 0,25 M; [ Co 2+ ] = 0,040 M; [ Zn 2+ ] = 0,023 M Calcular el potencial de reducción para el electrodo Cl 2 Cl cuando la presión parcial de Cl 2 es 8 atm y la concentración de ion Cl es 10 2 M Calcular el potencial de una pila formada por la semipila Fe 3+ Fe 2+, en la que la concentración de Fe 3+ es 1 M y la concentración de Fe 2+ es 0,01 M y la otra semipila MnO 4 Mn 2+ en solución ácida con una concentración de iones MnO 4 de 10 4 M, de iones Mn M y de iones H + 0,01 M Se construye una celda voltaica basada en la reacción: Sn 2+ + Pb Pb 2+ + Sn. Si la concentración de Sn 2+ en el compartimiento del cátodo es 1,00 M y la celda genera una fem de 0,22 V, cuál es la concentración de ion Pb 2+ en el compartimiento del ánodo? Si el compartimiento del ánodo contiene una concentración de ion SO 4 2 de 1,00 M en equilibrio con PbSO 4(s), cuál es el Kps del PbSO 4? Hallar la constante de equilibrio para la reacción: Sn (s) + Pb 2+ (ac) Sn 2+ (ac) + Pb (s) a partir de los correspondientes potenciales de electrodo Utilizando los potenciales de electrodo estándar del Apéndice D, calcule la constante de equilibrio para la desproporción del ion cobre(i) Utilizando los potenciales estándar del Apéndice D, calcule la constante de equilibrio para cada una de las reacciones siguientes, a 298 K: (a) Zn + Sn 2+ Zn 2+ + Sn; (b) Co + 2 H + H 2 + Co 2+ ; (c) 10 Br + 2MnO H + 2Mn H 2 O + 5Br Calcular la constante de equilibrio, a 25º C, para la siguiente reacción: 2 Cu + 2 PtCl 6 2 Cu PtCl 4 + Cl Calcular la constante de equilibrio de la reacción: Fe 2+ + Ce 4+ Fe 3+ + Ce En una reacción redox sencilla: ox 1 + red 2 red 1 + ox 2, en la que tiene lugar el intercambio de un electrón, cuando se alcanza el equilibrio se cumple que: [red 1 ]/[ox 1 ] = [ox 2 ]/[red 2 ] = Calcular Eº del proceso A una solución de cloruro cúprico 0,05 M se le añade una lámina de Zn metálico. Calcular las concentraciones de Cu 2+ y Zn 2+ en el equilibrio Sea el proceso de pila: Br I I Br. A partir de los potenciales normales de reducción, determinar: (a) el valor del potencial; (b) el valor de la constante de equilibrio.

7 336 Capítulo En presencia de Br, el Cu(II) se puede reducir a CuBr (s) : Cu 2+ + Br + e CuBr (s) (Eº = +0,640 V). Utilizando este valor de Eº, junto con otro potencial de electrodo tomado del Apéndice D, calcule el valor del Kps del CuBr El valor del Kps para el PbS es 8, Utilizando este valor, junto con un potencial de electrodo del Apéndice D, determine el valor del potencial estándar para la reacción: PbS (s) + 2e Pb (s) + S = (ac) Sabiendo que el Gº es 460 kj, a 25º C, para la reacción: Cr 2 O H I 2 Cr I H 2 O. Determinar: (a) el potencial normal de la pila; (b) la constante de equilibrio El valor de Gº para la reacción: Hg 2 Br 2 + Ni 2 Hg + 2 Br + Ni 2+ es J. Cuál será el voltaje de la pila que utilice esta reacción si la concentración de NiBr 2 es 0,30 M? A partir de los potenciales normales, determinar (a) Gº de electrodo para el proceso : 3 Sn Cr 3 Sn Cr 3+ ; (b) la constante de equilibrio Dadas las fem de las siguientes celdas: Ag AgCl (s) ; KCl PbCl 2(s) Pb Eº = +0,49 V; Ag AgI (s) ; KCl PbI 2(s) Pb Eº = +0,21 V, determinar el valor de Gº de la reacción: PbI 2(s) + 2AgCl (s) PbCl 2(s) + 2 AgI (s) Considere la electrólisis de cloruro de bario fundido, BaCl 2. (a) Escriba las semirreacciones; (b) cuántos gramos de bario metálico pueden producirse haciendo pasar una corriente de 0,50 A por 30 minutos Cuántos Faradays de electricidad se requieren para producir: (a) 0,84 L de O 2 exactamente a 1 atm y 25ºC a partir de una solución acuosa de H 2 SO 4 ; (b) 1,50 L de Cl 2 a 750 mm de Hg y 20ºC a partir de NaCl fundido; (c) 6,0 g de Sn a partir de SnCl 2 fundido? En la electrólisis de una solución acuosa de AgNO 3, se depositan 0,67 g de Ag después de un cierto tiempo. (a) Escriba la semirreacción para la reducción de Ag + ; (b) cuál es la semirreacción de oxidación probable?; (c) calcule la cantidad de electricidad usada, en coulombs El cromado se aplica por electrólisis de objetos sustendidos en una disolución de dicromato, de acuerdo a la siguiente semirreacción sin balancear: Cr 2 O 7 2 (ac) + e + H + (ac) Cr (s) + H 2 O (l) Calcule el tiempo (en horas) que tomaría aplicar una capa de cromo de 1, mm de espesor al parachoques de un auto que tiene una superficie de 0,25 m 2, en una celda electrolítica por la que pasa una corriente de 25,0 A? La densidad del cromo es 7,19 g/ml.

8 ÓxidoReducción La oxidación de 25,0 ml de una solución que contiene Fe 2+ requiere 26,0 ml de una solución de K 2 Cr 2 O 7 0,0250 M en medio ácido. Balancee la siguiente ecuación y calcule la concentración molar de Fe 2+ : Cr 2 O Fe 2+ + H + Cr 3+ + Fe Una muestra de mineral de hierro de 0,2792 g de peso se disolvió en un exceso de ácido diluído. Todo el Fe(II) se convirtió a Fe(III). La titulación requirió 23,30 ml de KMnO 4 0,0194 M. Calcule el porcentaje en peso de Fe en la muestra El ácido oxálico (H 2 C 2 O 4 ) está presente en muchos vegetales. (a) Balancee la siguiente ecuación en medio ácido: MnO 4 + C 2 O 4 2 Mn 2+ + CO 2 ; (b) Si una muestra de ácido oxálico de 1,00 g requiere 24,0 ml de solución de KMnO 4 0,0100 M para alcanzar el punto de equivalencia, calcule el porcentaje en masa de H 2 C 2 O 4 en la muestra El oxalato de calcio (CaC 2 O 4 ) es insoluble en agua. Esta propiedad ha sido usada para determinar la cantidad de iones calcio en la sangre. El oxalato de calcio precipitado de la sangre, se disuelve en ácido y se titula con una solución estandarizada de KMnO 4, como se describe en el problema anterior. En un ensayo se encontró que el oxalato de calcio obtenido de una muestra de sangre de 10,0 ml requiere 24,2 ml de KMnO 4 9, M. Calcule el número de miligramos de calcio por mililitro de sangre.