Guía de ejercicios y problemas Clase 12

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Guía de ejercicios N°12 Unidad Nº9: Redox y su estequimetría Ejercicios para desarrollar: 1. Asignar los números de oxidación pertinentes a cada elemento de los compuestos siguientes: ● K2Cr2O7

● PH3

● AgHSeO4

● Cl2O7

● HIO

● Cu2HSbO3

● CuSe

● H2SO4

● Pb(HCO3)4

● Mn(OH)3

● HNO3

● Cd(N O2)2

● Ba(OH)2

● H3PO4

2. ¿Cuáles de las siguientes reacciones pertenecen a reacciones redox? En dichas reacciones, señala los compuestos que se oxidan, los que se reducen, el agente oxidante y el agente reductor. a) H2 + O2 → H2O b) H2O + Na → NaOH + H2 c) H2SO4 + NaCl → Na2SO4 + HCl d) HCl + MnO2 → MnCl2 + H2O + Cl2 e) NaNO3 + KCl → NaCl + KNO3 f) Fe2O3 + CO → CO2 + Fe

g) Cr2O3 + Al → Al2O3 + Cr 3. Balancear las siguientes reacciones utilizando el método ión-electrón y plantear las semirreacciones que correspondan al proceso de oxidación y de reducción a) H2(g) + Br2(g) → HBr(g) b) Ca(s) + Cl2(g) → CaCl2 c) Al(s) + Cu(NO3)2→ Al(NO3)3 + Cu(s) 4. Indicar si las siguientes afirmaciones sobre la reacción redox que se presenta a continuación son correctas o incorrectas y justificar. 2 AgNO3(ac) + Fe(s) → Fe(NO3)2(ac) + 2 Ag(s) a) Los cationes Ag+ actúan como agentes reductores b) Los aniones NO3– actúan como agentes oxidantes; c) El Fe se reduce. d) Los cationes Ag+ se reducen. 5. La siguiente reacción es usada principalmente en la medicina veterinaria para obtener bromuro de potasio que actúa como anticonvulsivo. 𝐾𝐵𝑟𝑂3(𝑎𝑐 ) + 𝐾𝐼(𝑠) + 𝐻𝐵𝑟(𝑎𝑐) → 𝐾𝐵𝑟(𝑠) + 𝐼2(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑙) a. Balancear la ecuación por ion-electrón b. Identificar el agente oxidante y el agente reductor.

6. En una práctica de laboratorio de química Paula y Fer desean obtener yodo gaseoso. Para ello hacen reaccionar yodato de potasio y yoduro de potasio en medio acuoso con ácido sulfúrico produciendo yodo gaseoso, y como subproductos agua y sulfato de potasio. a. Plantear la ecuación química y balancearla por el método ion-electrón b. Identificar el agente oxidante y el agente reductor. c. ¿Qué tipo de reacción redox es? 7. Para la producción de 𝐶𝑟2 (𝑆𝑂4 )3 sustancia muy usada en el curtido, teñido y estampado del cuero, es necesario reaccionar 𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 con 𝐾𝐼 y 𝐻2 𝑆𝑂4 concentrado, esta reacción es altamente tóxica y nociva para el ser humano. Genera además del 𝐶𝑟2 (𝑆𝑂4 )3 como subproductos el 𝐼2 , 𝐾2 𝑆𝑂4 y agua a. Escribir la ecuación química y balancearla b. Indicar la nomenclatura de los compuestos que intervienen en la reacción 8. La casiterita es un mineral formado en su mayoría por dióxido de estaño, compuesto que es muy utilizado en la fabricación de esmaltes cerámicos. Para obtener este óxido se hace reaccionar estaño sólido con ácido nítrico concentrado obteniéndose, además, monóxido de nitrógeno y agua. a. Escribir la ecuación química y balancearla. b. Indicar el agente oxidante y el agente reductor. 9. El ácido nítrico, muy usado en la fabricación de fertilizantes, al reaccionar con el elemento de configuración electrónica [Kr] 4d¹⁰5s²5p² y agua, produce un oxoácido y monóxido de nitrógeno. Determinar:

a. El elemento al que corresponde la configuración electrónica que se lee en el enunciado, b. La ecuación química y balancear por método ion-electrón en medio ácido. Una posible estrategia para resolver este ejercicio podría ser: para el ítem A, analizamos la última sección de la configuración electrónica, conociendo que el último subnivel de dicha configuración nos indica si está en el bloque s, p, d o f tal como se muestra en la figura,

por otro lado, el coeficiente que acompaña al orbital nos menciona el periodo, y el número total de electrones nos menciona el grupo al que pertenece. Para abordar el ítem B sugerimos recuperar lo trabajado en la Clase 8 de nomenclatura aquí aplicamos las reglas expuestas. Una vez que armamos las fórmulas a partir del nombre identificamos reactivos y productos, les asignamos el número de oxidación correspondiente y planteamos la ecuación, para balancearlo podemos utilizar el metodo ion - electron en medio ácido. Solución ítem A: Por consiguiente, al terminar en 5p2 nos está diciendo que pertenece a la sección de la tabla periódica que termina en el orbital p y el 5 nos indica que se encuentra en ese periodo (5), por último, la suma de electrones de

4d¹⁰5s²5p² nos da 14, indicando que se encuentra en el grupo 14, deduciendo y observando en la tabla periódica que hace alusión al estaño [Sn]

Para el ítem B, El enunciado menciona que el ácido nítrico reacciona con el elemento que ya deducimos el cual es el estaño [Sn] y agua, a su vez nos mencionan que ellos producen un oxoácido y monóxido de nitrógeno, por lo anterior, para formar la ecuación química los reactantes serán el Sn, él ácido nítrico y él agua y los productos serán el oxoácido y el monóxido de nitrógeno. para que sea ácido nítrico es porque el nitrógeno está trabajando con su máximo estado de oxidación debido a la terminación “ico”, también nos indica que es un oxoácido por lo tanto tendrá oxígeno en su fórmula. si el estado máximo del nitrógeno es 5+ la fórmula del ácido nítrico será 𝐻1+ 𝑁 5+ 𝑂32− . El oxoácido lo identificamos en función del Sn puesto que se está presentando una reacción de sustitución simple, que está desplazando al nitrógeno. El estado máximo del estaño es 4+ quedando como formula el 𝐻21+ 𝑆𝑛4+ 𝑂32−

el monóxido de nitrógeno, al usar la nomenclatura sistemática, nos indica que solo se tiene un oxigeno por el prefijo “mono” unido al nitrógeno quedando como formula el 𝑁 2+ 𝑂2− como resultado de lo anterior la ecuación química quedaría representada de la siguiente forma:

𝑆𝑛𝑠 + 𝐻𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑂(𝑙) → 𝐻2 𝑆𝑛𝑂3(𝑎𝑐) + 𝑁𝑂(𝑔)

Par resolver el ítem C colocamos los estados de oxidación que intervienen en la ecuación:

𝑆𝑛0 + 𝐻1+ 𝑁 5+ 𝑂32− + 𝐻21+ 𝑂2− → 𝐻21+ 𝑆𝑛4+ 𝑂32− + 𝑁 2+ 𝑂2−

Se observa que quienes cambian de estado de oxidación es el Estaño y el Nitrógeno por lo tanto armamos las semirreacciones de cada especie 𝑆𝑛0 → 𝑆𝑛𝑂3 −2 𝑁𝑂3 − → 𝑁𝑂 − Verificamos cuantos electrones interfieren en cada semirreacción: 3H2O+ 𝑆𝑛0 → 𝑆𝑛𝑂3 + 4 𝑒 − 3 𝑒 − + 𝑁𝑂3 − → 𝑁𝑂 − + 2H2O Luego igualamos las semirreacciones para cancelar los electrones que interfieren en ellas (3H2O+ 𝑆𝑛0 → 𝑆𝑛𝑂3 −2 + 4 𝑒 − + 6𝐻 + ) x3 (3 𝑒 − + 4𝐻 + + 𝑁𝑂3 − → 𝑁𝑂 − + 2H2O) x4 Multiplicamos y realizamos la suma de las semirreacciones 9H2O + 3𝑆𝑛0 → 3𝑆𝑛𝑂3 −2 + 18𝐻 + + 12 𝑒 − 12 𝑒 − + 16𝐻 + + 4𝑁𝑂3 − → 4𝑁𝑂 − + 8H2O ________________________ 9H2O + 3𝑆𝑛0 + 12 𝑒 − + 16𝐻 + + 4𝑁𝑂3

−

→ 3𝑆𝑛𝑂3

−2

+ 184𝐻 + + 12 𝑒 − 4𝑁𝑂

−

+ 8H2O

Cancelamos electrones, Moléculas de H2O y H+ y llevamos los coeficientes a la ecuación inicial

3𝑆𝑛𝑠 + 4𝐻𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑂(𝑙) → 3𝐻2 𝑆𝑛𝑂3(𝑎𝑐) + 4𝑁𝑂(𝑔)

10. El cloruro de cromo (III) es un compuesto importante en el metabolismo de la insulina, como factor de tolerancia a la glucosa. Para producirlo se usa una sal altamente tóxica el dicromato de potasio y ácido clorhídrico concentrado, como subproducto de esta reacción altamente exotérmica se genera cloro gaseoso, otra sal binaria de cloro y agua. Determinar a.

La ecuación química presente en el enunciado y balancearla.

b.

Los productos generados a qué grupo de compuesto pertenecen (óxidos, ácidos, bases, sales, etc)

11. El Cloruro Férrico es un floculante que se utiliza en el tratamiento de aguas. Para obtenerlo se utilizan Clorato de potasio y cloruro ferroso en un medio acidificado con ácido clorhídrico. Como productos secundarios se obtiene agua y cloruro de potasio. a) Identificar las especias químicas con la formula correspondiente b) Plantear la ecuación, identificar agente oxidante y agente reductor. c) Balancear la ecuación por el método ión-electron

12. Balancear las siguientes dos ecuaciones a partir del método del ion electrón en medio básico:

a) Cr(OH)3 + NaOH + Cl2 → Na2CrO4 + NaCl + H2O b) KClO3(aq) + CrCl3(aq) + KOH(aq) → K2CrO4(aq) + H2O(l) + KCl(aq) 13. Observando la siguiente reacción redox en medio básico:

Cr2(SO4)3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + KCl + K2SO4 + H2O a) Realizar el balanceo correspondiente b) Indicar si las siguientes afirmaciones son correctos o incorrectas: -

El clorato de potasio es el agente oxidante en la reacción

-

El potasio no modifica su número de oxidación en el transcurso de la reacción

-

El cromo se reduce.

-

El cloro no modifica su número de oxidación

14. La soldadura aluminotérmica se utiliza para unir los rieles ferroviarios. Esta reacción utiliza al óxido férrico en presencia de una superficie de aluminio en condiciones ,ácidas produciendo hierro elemental y óxido de aluminio . Indicar: a) La ecuación balanceada con sus semirreacciones b) La cantidad de moles de electrones que intervienen en la reacción. Posible estrategia para resolver este ejercicio seria: primero identificar los compuestos con sus fórmulas y las condiciones en las que suceden, luego planteamos la ecuación e identificar los números de oxidación para saber si existe o no una redox, una vez hecho esto se balancea por el método correspondiente. Solución: Fe2O3 (óxido férrico), Al (aluminio elemental), Al2O3(oxido de aluminio), Fe(hierro elemental) Planteamos la ecuación:

Fe2O3 + Al → Al2O3 + Fe + calor

Semirreacciones 3H2O + 2 Al0 + 6 e- → Al2O3 + 6H+(oxidación) 6H+ + 2 Fe2O3 + 6 e- → 2 Fe0 3H2O (reducción) Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (Ecuación Balanceada) en esta ecuación las aguas se balancean a ambos lados al igual que los Protones (H+) Intervienen 6 moles de electrones

15. Edward, Cristian y Fer están realizando una práctica para química inorgánica en la que hacen reaccionar cloro gaseoso con una solución acuosa de hidróxido de sodio en la que se obtienen hipoclorito de sodio, cloruro de sodio y agua. a) Plantear y balancear la ecuación. b) Indicar la sustancia que se reduce y la que se oxida c) ¿Sí hicieron reaccionar 2 moles de cloro gaseoso en CNPT, qué cantidad moles de hipoclorito de sodio y qué masa de cloruro de sodio obtuvieron? 16. En una práctica de laboratorio se experimenta con bromo molecular en medio básico. El resultado se obtenido se expresa en la siguiente ecuación: Br2 + NaOH --- NaBr + NaBrO3 + H2O

a) ¿Qué tipo de reacción es? Justificar b) Balancear la ecuación c) Nombrar todos los compuestos d) Indicar la cantidad de electrones que intervienen en la reacción.

17. El MnO2, se conoce como pirolusita y es el óxido más importante del manganeso, una forma de obtenerlo es hacer reaccionar el KMnO4 con MnSO4 en medio básico. Según la siguiente ecuación: KMnO4 + MnSO4 + KOH → K2SO4 + MnO2 + H2O

a)

Indicar agente oxidante y agente reductor.

b)

Balancear la ecuación por método ion electrón

c)

Nombrar todos los compuestos

18. El óxido de plomo (II) es un sólido altamente tóxico que se utilizaba como sustancia selladora de tubos de gas, se obtiene cuando se combustiona sulfuro de plomo (II) con oxígeno. Además, como subproducto se genera dióxido de azufre un gas es altamente tóxico. i) Plantear y Balancear la ecuación por el método del ion electrón ii) Determinar el reactivo limitante y el reactivo en exceso si se tiene 56 g de sulfuro de plomo (II) y 6 L de oxígeno a una presión de 0,86 atm y 30°C iii) Suponiendo exceso de oxígeno cuál sería la producción de gas si se tienen 28 g de sulfuro de plomo (II) con una pureza del 86% 19. En una práctica de química de la facultad de agronomía se hicieron reaccionar 15 ml de una solución acuosa de permanganato de potasio 0,02M con exceso de gas amoniaco para obtener nitrógeno molecular. Como subproductos se obtuvo además dióxido de manganeso, hidróxido de potasio y agua. K MnO4 + NH3 → N2 + MnO2 + KOH + H20

a) Indicar la ecuación balanceada. b) ¿Cuál es el agente oxidante y cuál es el agente reductor en esta ecuación? c) Que masa de amoniaco es necesaria para la reacción total del permanganato y qué cantidad de moles hidróxido de potasio se obtienen. 20. El yodato de calcio en contacto con el yoduro de potasio se usa como aditivo alimenticio para uso veterinario. Si se hacen reaccionar 4 g de yodato de calcio con 10,89g, yoduro de potasio y exceso de ácido clorhídrico se obtiene cloruro de calcio, cloruro de potasio, agua y desprendiendo yodo gaseoso. Según la siguiente ecuación: Ca(IO3)2(ac) + KI(ac) + HCl(ac) →CaCl2(ac)+ KCl(ac) + I2(g) + H2O(l) a. Balancear la ecuación por ion-electrón b. Cuál es el rendimiento de la reacción si se obtuvo 8 g de yodo gaseoso c. Cuánto se obtiene de la sal de potasio y de calcio. d. Que volumen se obtiene de yodo gaseoso en CNPT