Sulfito Maco

7 OXIDACIÓN-REDUCCIÓN - PAU Selectividad - SOLUCIONES

2008

1. La siguiente reacción transcurre en medio ácido: MnO4- + SO32- → MnO2 + SO42-

a) Razone qué especie se oxida y cuál se reduce.

b) Indique cuál es el oxidante y cuál el reductor, justificando la respuesta.

c) Ajuste la reacción iónica.

a) Razone qué especie se oxida y cuál se reduce.

El manganeso, en el ion permanganato MnO4-, tiene estado de oxidación +7

El manganeso, en el dióxido de manganeso MnO2, tiene estado de oxidación +4

Por tanto se ha producido una reducción ya que ha ganado electrones. El ion permanganato se ha reducido.

El azufre, en el ion sulfito SO3 2- , tiene estado de oxidación +4

El azufre, en el ion sulfato SO4 2-, tiene estado de oxidación +6

Por tanto se ha producido una oxidación ya que ha perdido electrones. El ion sulfito se ha oxidado.

b) Indique cuál es el oxidante y cuál el reductor, justificando la respuesta.

El oxidante es el que se reduce (el ion permanganato MnO4- ) ya que es el que ha oxidado al ion sulfito SO3 2-.

El reductor es el que se oxida (el ion sulfito SO3 2-) ya que es el que ha reducido al ion permanganato.

c) Ajuste la reacción iónica.

Se escriben las semireacciones

Semireacción de Oxidación SO3 2- → SO4 2-

Semireacción de Reducción MnO4- → MnO2

Se ajustan los átomos (añadiendo H2O y H+)

Semireacción de Oxidación SO3 2- + H2O → SO4 2- + 2 H+

Semireacción de Reducción MnO4- + 4 H+ → MnO2 + 2 H2O

Se ajustan las cargas eléctricas (añadiendo electrones)

Semireacción de Oxidación SO3 2- + H2O → SO4 2- + 2 H+ + 2 e-

Semireacción de Reducción MnO4- + 4 H+ + 3 e- → MnO2 + 2 H2O

Se iguala el número de electrones intercambiados (multiplicando por coeficientes)

Semireacción de Oxidación x 3 3 SO3 2- + 3 H2O → 3 SO4 2- + 6 H+ + 6 e-

Semireacción de Reducción x 2 2 MnO4- + 8 H+ + 6 e- → 2 MnO2 + 4 H2O

Se suman las semireacciones

Semireacción de Oxidación 3 SO3 2- + 3 H2O → 3 SO4 2- + 6 H+ + 6 e-

Semireacción de Reducción 2 MnO4- + 8 H+ + 6 e- → 2 MnO2 + 4 H2O

ECUACIÓN IÓNICA 3 SO3 2- + 3 H2O + 2 MnO4- + 8 H+ + 6 e-→ 3 SO4 2- + 6 H+ + 2 MnO2 + 4 H2O + 6 e-

Se simplifica todo lo posible

Semireacción de Oxidación 3 SO3 2- + 3 H2O → 3 SO4 2- + 6 H+ + 6 e-

Semireacción de Reducción 2 MnO4- + 8 H+ + 6 e- → 2 MnO2 + 4 H2O

ECUACIÓN IÓNICA AJUSTADA 3 SO3 2- + 2 MnO4- + 2 H+ → 3 SO4 2- + 2 MnO2 + H2O

Se repasa por si queda algo por (re)ajustar o por si ha habido algún error en el proceso.

2. Una corriente de 6 amperios pasa a través de una disolución acuosa de ácido sulfúrico durante 2 horas. Calcule:

a) La masa de oxígeno liberado.

b) El volumen de hidrógeno que se obtendrá, medido a 27ºC y 740 mm de Hg.

Datos: R = 0’082 atm•L•K-1•mol-1. F = 96500 C. Masa atómica: O = 16.

a) La masa de oxígeno liberado.

Se trata de la electrólisis del agua, que se realiza en disolución ácida para favorecer el proceso. La intensidad de corriente y el tiempo nos permiten determinar cuánta carga eléctrica ha circulado por la cuba electrolítica: Q = I • t = 6 A • 7200 s = 6 C/s • 7200 s = 43200 C es la carga eléctrica que ha circulado durante las dos horas.

Para determinar la cantidad de sustancia electrones que han pasado durante este tiempo recurrimos al número de Faraday=96500 C/mol e-, que es la carga eléctrica que circula cuando han pasado 1 mol de electrones.

Por tanto, 43200 C • 1 mol e- / 96500 C = 0,45 mol e-

Escribimos la semireacción ajustada; en este caso, el oxígeno se desprende en el ánodo que es donde se produce la oxidación:

2 O2- → O2 + 4 e- ; o bien en forma iónica 4 OH - → O2 + 2 H2O + 4 e- ; de esta forma sabemos que se obtendrá 1 mol de O2 por cada 4 mol de e- que circulen, por tanto

0,45 mol e- • 1 mol O2 / 4 mol e- = 0,113 mol O2 que expresado en gramos nos da una masa de

0,113 mol O2 • 32 g O2 /1 mol O2 = 3,62 g O2 es la masa que se libera en el ánodo al hacer pasar una corriente de 6 A durante 2 h (al hacer pasar 0,45 mol de electrones)

Si se quiere hacer mediante la expresión

siendo M la masa molar de la sustancia en cuestión y n el número de electrones intercambiados, tendremos

b) El volumen de hidrógeno que se obtendrá, medido a 27ºC y 740 mm de Hg.

Escribimos la semireacción ajustada; en este caso el hidrógeno se desprende en el cátodo que es donde se produce la reducción:

2 H+ + 2 e- → H2 de esta forma sabemos que se obtendrá 1 mol H2 por cada 2 mol e-

0,45 mol e- • 1 mol H2 / 2 mol e- = 0,223 mol H2 que expresado en litros (medidos a 27 ºC y 740 mmHg) nos da un volumen de 5,6 L de H2 es el volumen de hidrógeno que se libera en el cátodo al pasar una corriente de 6 A durante 2 h (al pasar 0,45 mol de electrones)

3. Dada la reacción: KMnO4 + FeSO4 +H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

a) Ajuste por el método del ion-electrón esta reacción, en su forma iónica y molecular.

b) ¿Qué volumen de disolución 0’02 M de permanganato de potasio se necesita para oxidar 30 mL de disolución de sulfato de hierro (II) 0’05 M, en presencia de ácido sulfúrico?

4. Teniendo en cuenta los potenciales de reducción estándar de los pares Eº(Ag+/Ag ) = + 0’80 V y Eº(Ni2+/Ni) = − 0’25 V:

a) ¿Cuál es la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir?

b) Escriba la notación de esa pila y las reacciones que tienen lugar.

El electrodo de plata es el que actuará como cátodo (reducción) ya que es el de mayor potencial de reducción; el electrodo de níquel será el que actúe como ánodo (oxidación).

a) La fuerza electromotriz de la pila viene dada por la expresión Eo=Eo(reducción)-cátodo-Eo(reducción)-ánodo

Eo=+0,80 V - (-0,25V) = 1,05 V

o bien, Eo=Eo(reducción)-cátodo+Eo(oxidación)-ánodo

Eo=+0,80 V + (+0,25V) = 1,05 V

b) la notación de la pila será Ni(s)|Ni+2(ac)||Ag+(ac)|Ag(s)

ya que a la izquierda se coloca el ánodo (con polaridad negativa ya que se desprenden o salen electrones) y a la derecha se coloca el cátodo (con

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