REACCIONES RED-OX QCA 01

Transcripción

1 1.- Una muestra de un metal se disuelve en ácido clorhídrico y se realiza la electrólisis de la disolución. Cuando han pasado por la célula electrolítica 315 C, se encuentra que en el cátodo se han depositado 1 7 g de metal. Calcule: a) La carga del ión metálico. b) El volumen de cloro desprendido medido en condiciones normales. Datos: F C; asa atómica del metal Sabiendo que: Zn(s)/Zn + (1) H + (1)/H (1atm)/Pt(s) Zn(s)/Zn + (1) Cu + (1)/Cu(s) Eº 0 76 V Eº 1 10 V Calcule los siguientes potenciales estándar de reducción: a) Eº (Zn + /Zn). b) Eº (Cu + /Cu). 3.- Por una cuba electrolítica que contiene cloruro de cobre (II) fundido, circula una corriente eléctrica de 3 A durante 5 minutos. Calcule: a) La masa de cobre que se deposita. b) El volumen de cloro que se desprende, medido en condiciones normales. Datos: F C; asa atómica: Cu En una valoración, 31 5 ml de una disolución 0 1 de Na C O (oalato de sodio) en medio ácido consumen ml de una disolución de KnO de concentración desconocida. Sabiendo que el oalato pasa a CO y el permanganato a n +. a) Ajuste la ecuación iónica por el método del ión-electrón. b) Calcule la concentración de la disolución de KnO. Datos: asas atómicas: O 16; K 39; n Dadas las siguientes reacciones (sin ajustar): CaO + H O Ca(OH) Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO + H O Razone: a) Si son de oidación-reducción. b) Qué especies se oidan y qué especies se reducen? 6.- El principal método de obtención del aluminio comercial es la electrolisis de las sales de Al 3+ fundidas. a) Cuántos culombios deben pasar a través del fundido para depositar 1kg de aluminio? b) Si una célula electrolítica industrial de aluminio opera con una intensidad de corriente de A. Cuánto tiempo será necesario para producir 1 kg de aluminio? Datos: Faraday C. asa atómica: Al 7.

2 7.- El KnO, en medio ácido sulfúrico, reacciona con el H O para dar nso, O, H O y K SO. a) Ajuste la reacción molecular por el método del ión-electrón. b) Qué volumen de O medido a 150 mm de mercurio y 15 ºC se obtiene a partir de 100 g de KnO? R 0 08 atm L K 1 mol 1. asas atómicas: C 1; O 16; K 39; n Se construye una, en condiciones estándar, con un electrodo de cobre y un electrodo de aluminio. a) Indique razonadamente cuál es el cátodo y cuál el ánodo. b) Calcule la f.e.m de la. Datos: Potenciales estándar de reducción: Cu + /Cu 0 3 V; Al 3+ /Al 1 65 V. 9.- En medio ácido sulfúrico, el permanganato de potasio reacciona con Fe (II) según: KnO + FeSO + H SO nso + Fe (SO ) 3 + K SO + H O a) Ajuste la reacción por el método del ión-electrón. b) Calcule el número de moles de sulfato de hierro (III) que se obtienen cuando reaccionan 79 g de permanganato de potasio con la cantidad necesaria de Fe (II). asas atómicas: O 16; K 39; n 55.

3 1.- a) sabemos que un faraday (96500 C) deposita un uivalente de metal, calculamos los uivalentes depositados por 315 C 96500C 315C 0, como sabemos que se han depositado 1,7 g de metal, podemos calcular la masa uivalente del metal n m m 1, 7 g 5, n 0,0333 g la masa uivalente de una sustancia que participa en un proceso redo se define como la masa de sustancia que intercambia un mol de electrones, si llamamos al número de electrones transferidos podemos escribir m m 157, g/ mol 3 5, g/ hemos calculado que el metal cede tres electrones, por lo tanto su carga es +3 b) Si le llamamos X al metal podemos escribir las semireacciones de reducción y de oidación ( ) ( Oi) 3+ 0 X + 3e X Red Cl Cl + e X + 6e X 0 6Cl 3Cl 0 + 6e 3+ 0 X + 6Cl X + 3Cl obtenemos la reacción total multiplicando la reducción por 3 y la oidación por para ajustar el número de electrones y sumando las semireacciones establecemos la proporción con los datos de la reacción ajustada 157, g de metal 1,7 g de metal 371 gdecl 1,18 gdecl calculamos los litros de Cl en condiciones normales. m (Cl ) 71 g/mol 71gCl 1,18 gcl 0,37 L, L

4 .- Zn(s)/Zn + (1) H + (1)/H (1atm)/Pt(s) Eº 0 76 V Zn(s)/Zn + (1) Cu + (1)/Cu(s) Eº 1 10 V a) Sabiendo que el potencial estandar de reducción del electrodo de hidrógeno es E o (H + /H ) 0 V y que el potencial estandar de una viene dado por la epresión ( ) ( ) E E o + E red o o o particularizamos esta ecuación para la primera o o + ( ) + ( ) 0, 76 V E Zn/ Zn + 0 E Zn / Zn 0,76V este es el potencial de oidación, por lo tanto el de reducción será igual y de signo contrario o + E Zn / Zn 076V ( ) b) Aplicando la misma ecuación para la segunda obtenemos o o + ( / ) o + + ( / ) o ( ) o o ( E E Zn Zn E Cu Cu + ( ) o E Cu / Cu 1,10V 0,76V 0,3V E Cu Cu E E Zn Zn + + / / ) 3.- a) Calculamos la carga que ha pasado por la cuba en 5 minutos (700 s) con una intensidad de 3 A Q I t 3 A 700 s 8100C sabemos que un faraday (96500 C) deposita un uivalente de metal, calculamos los uivalentes depositados por 8100 C 96500C 8100C 0,08 1 calculamos la masa uivalente del cobre sabiendo que se reduce ganando dos electrones m 63,5 g / mol 31, 75 g/ ne º n m m n 31,75 g/ 0,08,67 gcu

5 3.- b) calculamos los moles de cobre depositados m,67 g n 0,0m m 63,5 g / mol ol La reacción completa que se da en la cuba electrolítica es Cu + Cl Cu + Cl + 0 como vemos se desprenden igual número de moles de Cl en el ánodo que se depositan de cobre en el cátodo por lo tanto el volumen en condiciones normales es V n, L/ mol 0,0mol, L/ mol 0,9 L Cl.- a) ajustamos la ecuación iónica por el método del ión-electrón. CO CO + e ( 5 ) no 8H + 5e n + H O ( ) 5CO 10CO + 10e + + no + 16H + 10e n + 8H O CO no 16H CO + n + + 8HO b) Calculamos el número de moles de oalato cálcico mol L 3 NaCO Na 0,1 0,0315 3,15 10 CO V NaCO L mol n establecemos la proporción con los datos de la reacción iónica ajustada 5mol Na C O 3,15mol Na C O mol KnO 1, mol KnO calculamos la concentración de la disolución de permanganato potásico KnO 3 nkno 1,5 10 mol mol 0,07 V 0,01738 L KnO L

6 5.- CaO + H O Ca(OH) Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO + H O a) La primera reacción disociada es Ca + + O - + H + + O - Ca + + (OH) - como vemos ningún elemento cambia de número de oidación, en consecuencia no es de oidación-reducción. La segunda reacción disociada es Ag 0 + H + + NO 3 Ag + + NO 3 + NO +H + + O - como vemos la plata cambia su número de oidación de 0 a +1 y el nitrógeno cambia de +5 en el ión nitrato a + en el dióido de nitrógeno, en consecuencia es una reacción de oidación-reducción. b) Las semireacciones de oidación y de reducción de la segunda reacción son 0 Ag Ag + 1e + (oidación) + NO3 + H + 1e NO + H O (reducción) 6.- a) Si llamamos al número de electrones transferidos por una sustancia que participa en un proceso redo podemos escribir la masa uivalente de dicha sustancia m el aluminio al reducirse cambia su número de oidación de +3 a 0 ganando 3 electrones m 7 g/ mol g 9 3e calculamos el número de uivalentes que hay en 1 kg de aluminio n m 1000 g 111,1e 9 g/ q sabemos que un faraday (96500 C) deposita un uivalente de metal, calculamos la carga C 7 q n F 111, ,07 10 C

7 6.- b) Para calcular el tiempo partimos de la definición de intensidad I q t 7 q 1,07 10 C t 68s I 0000 A 7.- a) formulamos la reacción molecular KnO + H O + H SO nso + O +K SO + H O si calculáramos los números de oidación de los elementos de esta reacción veríamos que solo cambian el manganeso de +7 en el permanganato, a + en el sulfato de manganeso (II) y el oígeno de -1 en el peróido de hidrógeno, a 0 en el oígeno molecular por lo tanto planteamos las semireacciones iónicas y las ajustamos sabiendo que en medio ácido se añade H O donde falte oígeno y H + donde falte hidrógeno no + 8H + 5e n + H O (reducción) HO O + H + e (oidación) multiplicamos la reducción y la oidación 5 para ajustar los electrones transferidos no + 16H + 10e n + 8H O + + 5HO 5O + 10H + 10e + no + 5HO + 6H n + 5O + 8HO + + Traspasamos los coeficientes de la reacción iónica ajustada a la molecular KnO + 5 H O + 3 H SO nso + 5 O + K SO + 8 H O b) Calculamos el número de moles de permanganato potásico m 158 g/mol m 100 g n 0,63mol KnO m 158 g / mol establecemos la proporción con los datos se la reacción ajustada mol KnO 0,63mol KnO 5mol O 1, 57 mol O calculamos el volumen a 150 mm Hg ( atm) y 15º C (398 K) V 1 1 n R T 1,57mol 0, 08atm L K mol 398K 5,6 L P atm

8 8.- a) El potencial de reducción más alto es el del cobre, en consecuencia será el cobre el que se reduce en el cátodo y el aluminio el que se oida en el ánodo Reducción (cátodo) Oidación (ánodo) Cu + e Cu 3 Al Al + + 3e + 0 b) La f.e.m. o potencial de la viene dado por la epresión E E ( red) + E ( o) los datos del ejercicio nos dan el potencial de reducción del aluminio, el de oidación es igual pero de signo contrario E 0 (Al/Al 3+ ) 1,65 V + + ( ) ( ) E E Cu / Cu + E Al / Al 0,3V + 1, 65V 1,99V a) KnO + FeSO + H SO nso + Fe (SO ) 3 + K SO + H O si calculáramos los números de oidación de los elementos de esta reacción veríamos que solo cambian el manganeso de +7 en el permanganato, a + en el sulfato de manganeso (II) y el hierro de + en el sulfato ferroso, a +3 en el sulfato férrico, por lo tanto planteamos las semireacciones iónicas y las ajustamos sabiendo que en medio ácido se añade H O donde falte oígeno y H + donde falte hidrógeno no + 8H + 5e n + H O (reducción) Fe Fe + e no + 16H + 10e n + 8H O (oidación) multiplicamos la reducción y la oidación 5 para ajustar los electrones transferidos Fe Fe e no + 10Fe + 16H n + 10Fe + 8H O Traspasamos los coeficientes de la reacción iónica ajustada a la molecular KnO + 10 FeSO + 8 H SO nso + 5 Fe (SO ) 3 + K SO + 8 H O b) Calculamos el número de moles de permanganato potásico m 158 g/mol m 79 g n 0,5 mol KnO m 158 g / mol

9 9.- b) (continuación) establecemos la proporción con los datos se la reacción ajustada mol KnO 0,5mol KnO 5mol Fe SO ( ) 3 1, 5 mol Fe ( SO ) 3