Question

Halla el volumen de cloro, medido a 20ºC y 746 mmHg, que se obtendrá al hacer reaccionar 50 g de permanganato de potasio con exceso de ácido clorhídrico, según la siguiente reacción: KMnO4 + HCl = KCl + MnO2 + Cl2 + H2O

Answer 1

Respuesta:

Explicación:

KMnO4 + HCl   →   KCl + MnO2 + Cl2 + H2O

Se trata de una reacción redox, puesto que el Mn cambia su número de oxidación desde +7 en el HMnO4 a +4 en el MnO2 (actúa como oxidante y se reduce) y el Cl pasa de -1 en el HCl a 0 en el Cl2.

Ajuste

Escribiremos las sustancias iónicas como iones, despreciando los iones que no intervienen en el proceso redox, y como moléculas neutras las sustancias covalentes, que no originan iones en la disolución.

Semirreacción del oxidante (reducción):

MnO4-   →   MnO2

Ajustamos el Mn, que ya está; luego el O añadiendo H2O:

MnO4-   →   MnO2 + 2 H2O

Ajustamos el H añadiendo H+:

MnO4- + 4 H+   →   MnO2 + 2 H2O

Por último, ajustamos la carga eléctrica añadiendo electrones:

MnO4- + 4 H+  + 3 e-   →   MnO2 + 2 H2O

Semirreacción del reductor (oxidación):

Cl-   →   Cl2

Ajustamos los Cl y la carga;

2 Cl-   →   Cl2 + 2 e-

Antes de sumar las dos semirreacciones multiplicamos la primera por 2 y la segunda por 3. Así tendremos 6 e- en ambas semirreacciones, que se cancelarán al sumarlas por estar en distinto miembro:

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

6 Cl-   →   3 Cl2 + 6 e-

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2 MnO4- + 6 Cl- + 8 H+   →   2 MnO2 +3 Cl2 + 4 H2O

La reacción iónica está ajustada. Completamos con los iones que faltan añadiendo 2 iones K+ para emparejarlos con los 2 iones MnO4- y emparejando los H+ que hay: 6 para los 6 Cl-, y añadimos 2 Cl- más para los 2 H+ que faltan. Queda por añadir en el segundo miembro estos iones añadidos en el primer miembro: 2 Cl- y 2 K+ , para lo cual los emparejamos entre sí quedando

2 KMnO4 + 8 HCl   →   2 MnO2 + 3 Cl2 + 2 KCl + 4 H2O

Vamos con la estequiometría

2 mol de KMnO4 producen 3 mol de Cl, como se ve en la reacción ajustada.

Como el dato que tenemos del permanganato está en gramos, ponemos sus moles en gramos multiplicándolos por su masa molar, que es 39 + 54.9 + 4·16 = 157,9 g

Si (2·157.9) g de KMnO4 (2 mol) producen 3 mol de Cl2

50 g de KMnO4 producirán x mol de Cl2

x = 50 · 3 / (2·157.9) = 0.475 mol de Cl2

que ocupan un volumen dado por

PV = nRT

Poniendo la presión en atm y la temperatura en K,

(746/760) · V = 0.475 · 0.082 · 293

V = 11.63 L