Modelo 0. Pregunta A.- A 0 ml de una disolución de CuSO 0, 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(Cu /Cu) 0, V; Eº(Al /Al),69 V. Masa atómica: Al 7,0. Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos; b) 0,5 puntos. a. Reacción red-ox. Semireacción de oxidación Semireacción de reducción Reacción iónica global ( Al Al e) ( Cu e Cu) Al Cu Al Cu Al Re ductor Cu Oxidante b. Eº Eº ( Cu Cu) Eº ( Al Al ) Eº ( Cu Cu) Eº ( Al Al) 0, (,69),0 v c. Por factores de conversión: 0 0 L( d s) m Al Eº > 0 G < 0 Espontánea G nfe 0, mol Cu mol Al 7 g Al 0,05 g L( d s) mol Cu mol Al Septiembre 0. 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 5% en masa y densidad,7 g cm, necesario para hacer reaccionar completamente 0,5 g de dióxido de manganeso. Datos. Masas atómicas: H,0; O 6,0; Cl 5,5 y Mn 55,0. Puntuación máxima por apartado: punto. a. Reacción de oxidación-reducción HCl MnO Cl MnCl HO e 0 Elementos que cambian de número de oxidación: Cl Cl e Mn( IV) Mn( II) Semireacción de oxidación Semireacción de reducción Reacción ionica global Cl Cl e MnO H e Mn HO Cl MnO H Cl Mn HO Reacción molecular global: HCl MnO Cl MnCl HO b. Por factores de conversión: mol MnO mol HCl 6,5 g HCl 00 g d s cm d s V HCl 0,5 g MnO,05 cm 87 g MnO mol MnO mol HCl 5 g HCl,7 g d s Junio 0. Pregunta B.- 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, g cm. 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.
Datos. Masas atómicas: H,0; N,0; O 6,0; S,0 y Cu 6,5. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos. Solución a. Reacción sin ajustar: CuS HNO S NO Cu( NO ) HO e 0 Elementos que cambian de valencia: S S e N( V) N( II) Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de oxidación : S S Semireacción de reducción : NO NO Se ajusta en medio ácido: Semireacción de oxidación : S Semireacción de reducción : NO S e H e NO H O Reductor CuS Oxidante HNO 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 : ( S S e ) Semireacción de reducción : ( NO H e NO HO) S NO 8H S NO H De la reacción iónica global, por tanteo, se obtiene la reacción molecular global. CuS 8HNO S NO Cu NO H O c. Por factores de conversión: Masa molecular HNO 6 6 g/mol g [ ] ( d s) 000 cm ( d s) 65 g HNO mol HNO HNO,, mol cm d s L d s 00 g d s 6 g HNO L d. Por factores de conversión: Masa molecular CuS 6,5 95,5 g/mol L, mol HNO mol CuS 95,5 g CuS m CuS 90 ml 6, g 000 ml L 8 mol HNO mol CuS CuS Modelo 0. Pregunta 5B.- A 0 ml de una disolución de CuSO 0, 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(Cu /Cu) 0, V; Eº(Fe /Fe 0 ) 0,0 V; Masa atómica Fe 56. Puntuación máxima por apartado: 0,75 puntos apartados a) y c); 0,5 puntos apartado b). a. Semireacción de reducción : Semireacción de oxidación : Cu [ Cu e Cu] [ Fe Fe e ] Fe Cu Fe Oxidante Cu Reductor Fe b. Eº Eº ( Re ducción) Eº ( Oxidación) Eº ( Cu Cu) Eº ( Fe Fe) Eº ( Cu Cu) ( Eº ( Fe Fe ) Eº ( Cu Cu) Eº ( Fe Fe ) 0, 0,0 0,8 V > 0 Gº nfeº : G < 0 Espontánea Eº 0,8 V O
c. Con la estequiometria de la reacción y mediante factores de conversión, se calcula la masa de hierro necesaria para reducir el catión Cu contenido en 0 ml de disolución de CuSO 0, M. 0, mol ( CuSO ) mol( Cu ) mol( Fe) 56 g( Fe) m Fe 0 0 L CuSO 0. g Fe L ( CuSO ) mol( CuSO ) mol Cu mol( Fe) Septiembre 0. Pregunta B.- Ajuste las siguientes reacciones iónicas redox. Indique para cada caso el agente oxidante y el reductor. a) H O Br H Br HO b) MnO Sn H Mn Sn HO Puntuación máxima por apartado: punto. e a. Elementos que cambian de valencia: O O e Br Br Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción: HO HO Semireacción de oxidación: Br Br Ajuste de masa en medio ácido: Semireacción de reducción: HO H HO Semireacción de oxidación: Br Br Ajuste de cargas: Semireacción de reducción: Semireacción de oxidación: HO H e HO Br Br e 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 HO H e HO Br Br e HO Br H HO Br Agente oxidante: H O Agente reductor: Br b. Elementos que cambian de valencia: Mn Sn e ( VII) Mn( II) e ( II) Sn( IV) Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción: MnO Mn Semireacción de oxidación: Sn Sn Ajuste de masa en medio ácido: Semireacción de reducción: MnO 8H Mn HO Semireacción de oxidación: Sn Sn Ajuste de cargas: Semireacción de reducción: MnO 8H 5e Mn HO
Semireacción de oxidación: Sn Sn e 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 y la segunda por 5 y se suman. [ MnO 8H 5e Mn HO] 5 [ Sn Sn e ] MnO 5Sn 6H Mn 5Sn 8HO Agente oxidante: MnO Agente reductor: Sn Modelo 0. Pregunta 5B.- Se requieren g de una disolución acuosa comercial de peroxido de hidrogeno para reaccionar totalmente con 5 ml de una disolución de permanganato de potasio (KMnO ) 0, 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 7 ºC y una presión de 700 mm Hg. Datos. R 0,08 atm L mol K. Masas atómicas: H ; O 6. Puntuación máxima por apartado: punto. a. Reacción red-ox sin ajustar: KMnO H O H SO MnSO O Elementos que cambian de valencia: Mn e ( VII) Mn( II) e O O Se ajusta la reacción por el método ión electrón en medio ácido Semireacciones iónicas sin ajustar: Semireacción de reducción : MnO Mn Semireacción de oxidación : HO O Se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde haya defecto tantas moléculas de H O como átomos de oxígeno falten. Semireacción de reducción : MnO Mn HO Semireacción de oxidación : HO O Se ajustan el hidrógeno sumando protones en el miembro donde haya defecto de hidrógeno. Semireacción de reducción : MnO 8H Mn HO Semireacción de oxidación : HO O H Se ajustan las cargas sumando electrones en el miembro donde haya exceso de carga positiva o defecto de carga negativa. Semireacción de reducción : MnO 8H 5e Mn HO Semireacción de oxidación : HO O H e Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones.
Semireacción de reducción : Semireacción de oxidación : 5 ( MnO 8H 5e Mn HO) ( H O O H e ) Reacción iónica global: MnO 5HO 6H Mn 5O 8HO 0H La reacción global se obtiene simplificando y transformando los protones en ácido sulfúrico y los iones en sales sulfatadas. Reacción global : KMnO 5HO HSO MnSO 5O 8HO KSO 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 M V 5 0 L 0, mol L 0 mol KMnO KMnO 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. HO 5 5 5 n( KMnO ) n HO 0 7,5 0 mol KMnO m( H O ) n( H O ) M( H O ) 7,5 0 mol g mol 0,55 g La riqueza de la disolución se obtiene comparando la masa de H O con la de la disolución. m ( H O ) 0,55 R H O Comercial 00 00,75% mdisolución Oxigeno desprendido, se calcula a partir del número de moles que reaccionado de H 0. O 5 n( O ) n( H O ) 7,5 0 mol HO 5 Conocidos los moles de oxigeno, el volumen se calcula mediante la ecuación de gases idesles. atm L 7,5 0 mol 0,08 00 K n ( O ) RT V O mol K 0, L P 700 atm 760 Septiembre 0. Pregunta B.- A 50 ml de una disolución acida de MnO, M se le añade un trozo de,7 g de Ni(s), obteniéndose Mn y Ni. a) Escriba y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global. b) Justifique cuantitativamente que el MnO sea el reactivo limitante. c) Calcule la concentración final de iones Ni y Mn 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. a. Se pide ajustar la reacción: MnO Ni H Mn Ni Semireacciones iónicas sin ajustar Semireacción de reducción : MnO Semireacción de oxidación : Mn Ni Ni El ajuste de masas se realiza en medio ácido, los oxígenos se ajustan con moléculas de agua y los hidrógenos con protones. 5
Semireacción de reducción : MnO Semireacción de oxidación : El ajuste de cargas se hace sumando electrones. Semireacción de reducción : MnO Semireacción de oxidación : 8H 8H Mn Ni Ni 5e Mn Ni Ni H O H O e La reacción iónica global se obtiene combinando las dos sermireacciones para eliminar los electrones. Semireacción de reducción : ( MnO 8H 5e Mn HO) Semireacción de oxidación : 5 Ni Ni e Reacción iónica global : MnO 5Ni 6H Mn 5Ni 8HO 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. ( MnO ) o M( MnO ) V( MnO ), 50 0 0, 0 n n m( Ni),7 n ( Ni) o M( Ni) 58,7 0,05 5 5 5 ( MnO ) n( Ni) o < 5 o Reactivo limitante c. Por factores de conversión: Ni 5 5 5 n( Ni ) n( MnO ) 0,06 0,5 mol MnO Mn ( n Ni ) n( MnO ) 0,06 mol Mn MnO d. n( Ni) n( Ni) n( Ni) MnO n Ni V 0,5 50 0 ; [ ] Ni M n Mn V 0,06 ; [ ], M m Ni o,7 exc o Reacc M Ni m Ni n Ni M Ni 0,0 mol 58,7 g exc exc 5,87 mol 50 0 n( Ni ) Formado 0,5 0,0 mol 58,7 g Junio 0. Pregunta B.- Se hace reaccionar completamente una muestra de dióxido de manganeso con ácido clorhídrico comercial, de una riqueza en peso del 8% y de densidad,8 kg L, obteniéndose cloro gaseoso y Mn. 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, L de gas cloro, medidos a atm y 0 C? d) Qué volumen de ácido clorhídrico comercial se consume? Datos. R 0,08 atm L mol K ; Masas atómicas: H ; 0 6; Cl 5,5; Mn 55. Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. a. MnO HCl Cl( g) Mn e Elementos que cambian de valencia; Mn Mn e 0 Cl Cl Semireacción de reducción : MnO H e Mn HO Semireacción de oxidación : Cl Cl e 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
MnO MnO Cl H e Cl H Mn Cl Mn e H Cl O H 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 HCl MnCl Cl HO c. La estequiometria de la reacción permite obtener el factor de conversión entre el cloro y el dióxido de manganeso MnO n( MnO ) n( Cl ) Cl El número de moles de cloro gaseoso se obtiene con la ecuación de gases ideales. PV atm 7, L P V nrt : n( Cl ) 0, mol RT atm L 0,08 9 K mol K ( MnO ) n( Cl ) 0,mol : ( MnO ) n( MnO ) M( MnO ) 0, mol 87 6, g n HCl Cl d. Por estequiometria: n( HCl) n( Cl ) O g mol m ( HCl) 0,, mol : m ( HCl) n( HCl) M( HCl), mol 6,5,8 g n g mol En la reacción se consumen,8 g de HCl, si proviene de una disolución de de 8% de riqueza en peso, la masa de la disolución necesaria será: ms ms,8 %( Peso) 00 md s 00 00 5, g de disolución md s %( Peso) 8 Conocida la masa de la disolución y la densidad se puede calcular el volumen del ácido clorhídrico comercial d kg g d s,8,8. L ml m 5, g V 97,7 ml d,8 g ml Modelo 0. Problema B.- 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 0 ml de disolución de yoduro de sodio y se necesitan para su oxidación 00 ml de disolución de dicromato de potasio 0, 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. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción química: K CrO7 NaI HSO NaSO KSO Cr ( SO ) I Elementos que cambian de valencia: Cr e ( VI) Cr( III) a. Semireacciones iónicas sin ajustar: : Ganancia de electrones. Reducción e 0 I I : Perdida de electrones. Oxidación 7
Semireacción de reducción : CrO7 Cr Semireacción de oxidación : I I Ajuste en medio ácido. En la semireacción de reducción se ajusta el cromo poniendo un dos al catión Cr y en la de oxidación se ajusta el iodo poniendo un dos al anión I. Semireacción de reducción : CrO7 Cr Semireacción de oxidación : I I 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 : CrO7 Cr 7HO Semireacción de oxidación : I I 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 (H ). Semireacción de reducción : CrO7 H Cr 7HO Semireacción de oxidación : I I 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 : CrO7 H 6e Cr 7HO Semireacción de oxidación : I I e b. La reacción iónica global se obtiene combinando las dos semireacciones para eliminar los electrones. Semireacción de reducción : CrO7 H 6e Cr 7HO Semireacción de oxidación : I I e Reacción iónica global: CrO7 6I H Cr I 7HO 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 (H SO ), 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 CrO7 6NaI 7HSO Cr ( SO ) I KSO NaSO 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( KCrO7 ) KCrO7 Por estar en disolución: M( NaI) V( NaI) 6 M( KCrO7 ) V( KCrO7 ) M ( K Cr O ) V( K Cr O ) - 0, M 00 0 L M NaI 6 7 7 6 M V( NaI) 0 0 - L 8
Septiembre 00. FM. Cuestión A.- 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. Eº ( Cr O7 / Cr ), V; Eº ( Cl / Cl ),6 V Puntuación máxima por apartado: 0.5 puntos. K CrO 7 NaI H SO Cr SO I Na SO Cr e ( VI) Cr( III) e I I a. Se ajustan las semireacciones en medio ácido Semireacción de reducción: Cr O7 H 6e Cr 7H O Semireacción de oxidación: I I e b. Se combinan las semireacciones para eliminar los electrones. CrO7 H 6e Cr 7H O ( I I e ) Cr O 7 H 6I Cr 6I 7H O Oxidante K Cr O 7 Reductor NaI c. Se completan las especies iónicas formando sales, y los protones se transforman en moléculas de ácido. K CrO 7 6NaI 7H SO Cr ( SO ) 6I 7H Na SO K SO 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. Eº Eº ( Cr O7 / Cr ) Eº ( Cl / Cl ) Eº ( CrO 7 / Cr ) ( Eº ( Cl / Cl ) E º, (,6 ) 0,0v < 0 Proceso no espontáneo Septiembre 00. FM. Problema B.- 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 M es necesario para consumir completamente 0, gramos de cadmio? Datos. Masa atómica de Cd ; Eº (Cd /Cd 0 ) 0,0 V, Eº ( NO / NO) Puntuación máxima por apartado: a) y c) 0,75 puntos, y b) 0,5 puntos. Se nos plantea a justar la siguiente reacción red-ox: N V a. Semireacciones iónicas en medio ácido: Cd HNO Cd NO e Cd( II) e N( II) Cd Semireacción de reducción : NO Semireacción de oxidación : H e 0, 96 V NO H O Cd Cd e Reacción iónica global: se combinan las semirreacciones iónicas para eliminar los electrones 9
NO ( NO H e NO H O) ( Cd Cd e ) Cd 8H NO Cd H 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. O ( NO ) H O 8HNO Cd NO Cd b. El potencial de un proceso red-ox es la suma de los potenciales de cada una de las semirreacciones. Eº Eº NO / NO Eº Cd / Cd Eº NO / NO Eº Cd / Cd ( ( 0,0),6 v 0 E º 0,96 > Para que un proceso red-ox sea espontáneo, el potencial debe ser positivo ( G nfe). Reacción espontánea. c. Este apartado se resuelve por estequiometría. HNO Cd NO Cd NO H O 8 El factor de conversión entre el cadmio y el ácido nítrico es: 8 8 n HNO Cd HNO ( Cd ) Teniendo en cuenta el estado de agregación de cada uno de los reactivos (acido nítrico en disolución y cadmio en sólido): m ( Cd) mol 0, g M HNO V HNO : V( HNO ) M( Cd) L g mol V HNO 0,05 L 5 n ml Junio 00. FM. Problema B.- 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 cm de ácido nítrico comercial de 65 % en masa y densidad,9 g cm? d) Calcule el volumen de dióxido de nitrógeno que se obtiene, medido a 700 mm de Hg y 5 ºC Datos: R 0,08 atm L mol K ; masas moleculares: H ; N ; 0 6; S Puntuación máxima por apartado: punto. H S HNO S NO H O a. Elementos que modifican su valencia: S e S Oxidación e N( IV) N V Reducción Oxidación : S S Semirreacciones iónicas: Reducción : NO NO Ajuste en medio ácido. Para ajustar en masa la semireacción de reducción se suma en el segundo miembro una molécula de H O (por faltar un átomo de oxígeno), para ajustar el hidrógeno se suman dos protones en el primer miembro. Oxidación : S S Reducción : NO H NO H O 0
Para el ajustar electrónico se suman las cargas de cada miembro y se igualan sumando electrones exceso de carga positiva o defecto de negativa. Oxidación : S S e Reducción : NO H e NO H 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 S HNO S NO H O Oxidante (especie que gana electrones): HNO Reductor (especie que pierde electrones): H S c. Por estequiometria: S HNO n ( S) n HNO 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 cm md s d d s Vd s cm,9 g cm,6 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 ) md s,6,68 g 00 00 m( HNO ),68 g n( HNO ) 0, mol M( HNO ) 6 g mol Conocidos los moles de ácido nítrico que reaccionan se calcula los moles de S que se obtienen n( S) n( HNO ) 0, 0,7 mol m ( S) n( S) M( S) 0,7 mol g 5, g mol d. Por estequiometria: NO HNO n ( NO ) n ( NO ) 0, n HNO Conocido el número de moles con la ecuación de gases ideales se calcula el volumen. nrt 0, 0,08 98 V( NO ) 9 L P 700 760 Septiembre 009. Problema B.- Se quiere oxidar el ión bromuro, del bromuro de sodio, a bromo empleando una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno 0, 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.
d) Calcule el volumen de bromo gaseoso, medido a 50 C y 790 mm Hg, desprendido en el proceso anterior. Datos. Eº Br /Br,06 V; Eº H 0 /H O,77 V; R 0,08 atm L K mol ; masas atómicas: Na ; Br 80. Puntuación máxima por apartado: 0,50 puntos H SO a. NaBr HO Br HO Cambio de valencia: Br O - e Br - e O 0 Reacción molecular global: NaBr H O H SO Br H O Na SO b. f.e.m. ó potencial de la reacción Eº 0,7v > 0 Espontánea. c. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromuro de sodio. NaBr n( NaBr) n( HO ) HO 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) M( HO ) V( HO ) M( NaBr) m( NaBr) 0, mol 60 0 l : m ( NaBr),7 g g l 0 mol d. En la reacción molecular ajustada, se busca el factor de conversión de peróxido de hidrógeno en bromo molecular. Br n( Br ) n( HO ) HO 0, mol n Br 60 0 l 0,0 mol l Conocidos los moles, se aplica la ecuación de gases ideales y se obtiene el volumen de bromo. atm L 0,0 mol 0,08 K n R T P V n R T : V mol K 0, L P 790 atm 760 Modelo 009. Cuestión.- Dada la siguiente reacción de oxidación-reducción en medio ácido (sin ajustar): Fe Cr O 7 H Fe Cr H O 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 5 C. Datos a 5 C. Eº: Cr O 7 / Cr, V; Fe / Fe 0,77 V Puntuación máxima por apartado:,0 punto. a. Cr O 7 : Cr(VI); Cr : Cr(III) b. Reacción de reducción-oxidación en medio ácido - Semirreacción de reducción: Cr O 7 H 6 e Cr 7 H O
- Semirreacción de oxidación: Fe e Fe 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) Gº nfeº : Gº 0 ESPONTÁNEA E o < T 0,56 V Junio 008. Problema A.- Las disoluciones acuosas de permanganato de potasio en medio ácido (ácido sulfúrico), oxidan al peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) formándose oxígeno, sufato 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 00 ml de peróxido de hidrógeno 0,0 M. c) Qué volumen ocuparía el O obtenido en el apartado anterior, medido a C y 70 mm Hg? Datos. R 0,08 atm L K mol; masa atómica: O 6; atm 760 mm Hg Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos; c) 0,5 puntos. a. Se formulan los componentes de la reacción. KMnO H O H SO O MnSO H O K SO Se buscan los elementos que cambian de valencia: - Manganeso: El Mn 7 gana electrones y pasa a Mn. Proceso de reducción - Oxígeno: El O pierde electrones y pasa a O. 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.
Por tanteo, y teniendo en cuenta que el ácido utilizado es el ácido sulfúrico, se obtiene la reacción molecular ajustada. KMnO 5H O H SO MnSO 5O 8H O K SO 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. O n O n H O H O El número de moles de agua oxigenada se obtiene, por ser una disolución, de la definición de molaridad. mol n( O ) n( H O ) M( H O ) V( H O ) 0'0 00 0 L 0 mol L Factor de conversión: Conocidos los moles de oxígeno, con la definición de número de moles se calcula la masa de oxígeno. m gr n : m( O ) n( O ) M( O ) 0 mol 0'06 gr 6 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 0 mol 0'08 9 K nrt V mol k 0'05 L P 70 atm 760 Modelo 008. Problema B.- 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 0,05M necesario para oxidar 0, g de dióxido de azufre. Datos: Potenciales estándar de electrodo: MnO, H /Mn,5 v; SO, H /SO (g) 0,7 v; Pesos atómicos: S y O 6 Puntuación máxima por apartado: a) y b) 0,75 puntos y c) 0,5 puntos. a. Se pide ajustar por el método ión-electrón la siguiente reacción iónica: H MnO SO Mn SO. 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 ).. Se ajustan las masas teniendo en cuenta que es medio ácido.. Se ajustan las cargas sumando o restando electrones, de cada reacción por separado.. 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
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: MnO 5SO H O Mn 5SO H c. Por estequiometria de la reacción: MnO 5SO H O Mn 5SO H MnO n( MnO ) n( SO ) SO 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. m( SO ) 0' gr V M : V 0'05 MnO MnO 5 M( SO ) mol MnO l 5 6 gr mol V MnO 0' l ml Junio 007. Cuestión.- En una disolución en medio ácido, el ión MnO oxida al H O, obteniéndose Mn, O y H O. 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 (MnO / Mn ),5 V; Eº (O /H O ) 0,70 V Puntuación máxima por apanado: 0.5 puntos. a) MnO : Ión permanganato. Estado de oxidación del Mn 7. H : Peroxido de hidrógeno (agua oxigenada). Estado de oxidación del O. O Mn : Ión manganoso ó manganeso (II). Estado de oxidación del Mn O : Oxigeno molecular. Estado de oxidación del O 0. H O : Agua. Estado de oxidación del O b) Semireacción de reducción: MnO 8H 5e Mn H O Semireacción de oxidación: H O e O H c) d) Eº Eº ( Cátodo) Eº ( Ánodo), donde: Cátodo Re ducción Ánado : Oxidación 5
( MnO Mn ) Eº ( O H O ) '5 0'70 0'8v 0 Eº Eº G nfe G < 0 Proceso ESPONTÁNEO E > 0 > Cuestión.- En disolución ácida, el ión dicromato oxida al ácido oxálico (H C O ) a CO según la reacción (sin ajustar): Cr O 7 H C O Cr CO 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 (Cr O 7 / Cr ), V; Eº (CO /H C O ) 0,9 V Puntuación máxima por apartado: 0 5 puntos. a. - Reactivos. Cr O 7 - Productos. Cr : Cr : 6 : O : H : H C O : C : O : C : CO : O : e) Escriba y ajuste las semireacciones de oxidación y reducción. b. - Semirreacción de reducción: Cr O 7 H 6e Cr 7H O - Semirreacción de oxidación: H C O e CO H 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. Eº T 8 v > 0 G < 0 Reacción ESPONTÁNEA Septiembre 006. Problema A. 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 0,0 M se requiere para oxidar 0 ml de disolución 0, M de sulfato de hierro (II) en disolución de ácido sulfúrico? Puntuación máxima por apartado:,0 punto. H SO a. MnO Fe Mn Fe Elementos que varían su valencia: 6
Mn : 7 : Gana e Fe : : 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: nº Eq gr Oxidante nº Eq gr Reductor que aplicado al problema propuesto: nº Eq gr ( NaMnO ) nº Eq gr FeSO Debido al estado de agregación (disolución) N KMnO V KMnO N FeSO V FeSO Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad (N M v) M KMnO v KMnO V KMnO M FeSO v FeSO V FeSO siendo v la valencia redox ó numero de electrones que se transfieren en la semirreacción. 0'0 mol 5 Eq V KMnO 0' mol Eq 0 0 L mol L mol L 0 0 L V KMnO Junio 006. Problema B.- En la oxidación de agua oxigenada con 0, moles de permanganato, realizada en medio ácido a 5 C y atm de presión, se producen L de O y cierta cantidad de Mn 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 5 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 0,08 atm L K mol ; E (MnO /Mn ),5 V; Eº(O /H O ) 0,68 V Masas atómicas: O 6; H. Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos a. H H O MnO O Mn Elementos que cambian de valencia: Mn : 7 Gana electrones O : 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. 7
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 Eº MnO E o T Mn E o T o CÁTODO Eº O o ( Re ducción) E ( Oxidación) H O ÁNODO '5 0'68 0'8v > 0 ESPONTÁNEA c. Los cálculos estequiométricos se realizan a partir del oxigeno obtenido en la reacción. H O 5 GAS P V O atm L n H O n O 0'08 O 5 R T atm L 0'08 98K mol K m( H ) gr O n H O M H O 0'08mol '7gr mol moles d. Los moles de permanganato que reacciona se calcula por estequiometria conocidos los moles e oxígeno formados. MnO n( MnO ) R n( O ) 0'08 0'0moles O 5 5 5 n( MnO ) Exc n( MnO ) o n( MnO ) R 0' 0'0 0' 68moles Septiembre 005. Problema B. Un vaso contiene 00 cm de disolución de cationes Au 0 0 M. Este catión se reduce y oxida simultáneamente (dismutación) a oro metálico (Au) y catión Au hasta que se agota todo el catión Au. Datos.- Eº(Au /Au),0V; Eº(Au /Au ),5V; Eº(Au /Au),70V; F96500 C mol atómica: Au 97. Puntuación máxima por apartado: 0 5 puntos. a) Ajuste la reacción redox que se produce. b) Calcule el potencial de la reacción. c) Calcule la concentración resultante de iones Au en disolución. d) Calcule la masa de Au que se forma. a. Au Au Au Masa b. Eº Eº(Red) Eº(Ox) Eº(Au /Au) Eº(Au /Au ) 70 5 0 5 > 0 El proceso es espontáneo c. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au a Au es: ( Au ) n Au n Au Au El número de moles de ión Au se obtiene del volumen y concentración de la disolución mediante la definición de molaridad n mol M n( Au ) M V 0'0 00 0 ( l) 0 ( moles) V( l) l 8
sustituyendo en la primera ecuación ( Au ) n( Au ) 0 0 moles n Conocidos los moles y el volumen (es el de la disolución inicial), se calcula la concentración. Au ( Au ) n V l 0 00 0 0'0M d. Teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, el factor de conversión de Au a Au es: Au n( Au) n( Au ) 0 0 moles Au 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) 0 97 0'9gr de Au M gr mol Junio 005. Cuestión.- Dada la reacción de oxidación-reducción: SO MnO SO Mn 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. S : Mn : 7 S : 6 a. SO : O : MnO : O : SO : Mn : O : b. SO : Sulfito MnO : Permanganato SO : Sulfato Mn : Hipomanganito c. Semirreacción de Reducción. MnO 8H 5e Mn H O Semirreacción de Oxidación. SO H O e SO H d. Combinando linealmente ambas ecuaciones se eliminan los electrones y aparece la ecuación iónica global. Modelo 005. Cuestión.- 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. 7 HCl SnCl SnCl O 7 / Cr o,v; E S S / Mn o,5v; E Sn / a) Cr O S H Cr... b) KMnO... o Datos: E ( Cr ) 0,V; o E ( MnO ) ( Sn ) 0,5V Puntuación máxima por apartado: punto. a. Semireacciones: 9
Reacción Molecular. Los protones necesarios pare el proceso red-ox, se obtienen con 7 moléculas de ácido sulfhídrico (H S), de las cuales tres se comportan como reductor oxidándose hasta azufre elemental y las otras se mantienen como sulfuros para formar sales en el segundo miembro. Cr O 7H S Cr S S 7H O K S K 7 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 Eº E Sí E<> 0 G > 0. Reacción NOESPONTÁNEA o Cr O / Cr E S S, 0, ' v >0 ESPONTÁNEA 9 o Re d 7 Ox b. Semireacciones: Reacción molecular: KMnO 5SnCl 6HCl MnCl 5SnCl 8H O KCl Por se el potencial positivo, el proceso es ESPONTÁNEO. Septiembre 00. Cuestión 5.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción global, en medio ácido y sin ajustar: Cr O HI KI CrI I H O K 7 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: punto. a. - - - K : K CrO7 : Cr : 6 O : H : HI : I : K : KI : I : Cr : - CrI : I : - I : { I : 0 H : - H 0 : O : b. Para el ajuste de las semirreacciones se emplea el método ión electrón en medio ácido. º Se seleccionan los iones donde existan elementos que cambien de valencia. º Se ajustan metales y no-metales excepto oxígeno e hidrógeno. º Se ajusta el oxigeno, sumando en el miembro donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno halla en defecto º Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde falten tantos protones(h ) como átomos de hidrógeno falten 0
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 00. Problema B. 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 cm de bromo se producirán al hacer reaccionar 0g de bromuro de potasio con ácido sulfúrico en exceso? Datos.- Masas atómicas: Br 80, K 9; densidad Br,8 g cm Puntuación máxima por apartado:,0 punto. a. En una reacción redox, el primer paso es buscar los elementos que transfieren electrones. 0 Br Br S 6 S 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(br ) es: Br KBr conocidos los moles iniciales de KBr, mediante la relación estequiométrica, se calculan los moles de Br 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 Br. m ( gr) 0 ( gr) n KBr 0' 68 moles M gr 9 gr mol mol por la estequiometria de la reacción n( Br ) n( Br ) 0'08 moles : m( Br ) n( Br ) M( Br ) 0'06 60 ' moles con 0' 68 la densidad del bromo y la masa, se calcula el volumen
( gr) m gr ' d : '8 despejando V '8 cm V cm V ( cm ) Junio 00. Problema B. 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 5ºC y atm, cuando se hacen reaccionar 500 ml de una disolución M de HCl con ácido nítrico en exceso, si el rendimiento de la reacción es de un 80%. Puntuación máxima por apartado: Se pide ajustar por el método ión-electrón una reacción redox, para a continuación resolver un problema simple de estequimetria. a. HCl HNO NO Cl H O HCl HNO Cl NO H O 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) ( mol ) 0'5( l) ( mol) V(l) l La relación estequiométrica entre el HCl y el Cl es: Cl n ( Cl ) HCl n ( Cl ) 0' 5 Teniendo en cuenta la definición de rendimiento(η) Re al η (%) 00 Teórico y aplicando al número de moles η 80 n(cl ) R n(teóri cos) 0'5 0' 00 00 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' 0'08 98 V( Cl ) 9'8( l) P