Question

Pregunta B5.- Se lleva a cabo la valoración de 100 mL de una disolución de peróxido de hidrógeno con una
disolución de permanganato de potasio de concentración 0,1 M, obteniéndose MnCl2, O2 y KCl. La reacción
se lleva a cabo en medio ácido clorhídrico y se consumen 23 mL de la disolución de permanganato de potasio.

a) Indique el estado de oxidación del manganeso en el ion permanganato y en el dicloruro de manganeso, y
del oxígeno en el peróxido de hidrógeno y en el oxígeno molecular. Indique la especie que se oxida y la
que se reduce. Indique la especie reductora y la especie oxidante.

b) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción molecular global.

c) Calcule la concentración molar del peróxido de hidrógeno empleado.

d) Calcule el volumen de oxígeno molecular desprendido, medido a 700 mm Hg y 30ºC.
Dato. R = 0,082 atm·L·mol^−1·K^−1
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Puntuación máxima por apartado: 0,5 puntos.

Prueba selectiva para la comunidad de Madrid. Convocatoria Jun 2013-2014. Química.

Answer 1

Pregunta B5.- Se lleva a cabo la valoración de 100 mL de una disolución de peróxido de hidrógeno con una disolución de permanganato de potasio de concentración 0,1 M, obteniéndose MnCl₂, O₂ y KCl. La reacción se lleva a cabo en medio ácido clorhídrico y se consumen 23 mL de la disolución de permanganato de potasio.

a) Indique el estado de oxidación del manganeso en el ion permanganato y en el dicloruro de manganeso, y del oxígeno en el peróxido de hidrógeno y en el oxígeno molecular. Indique la especie que se oxida y la que se reduce. Indique la especie reductora y la especie oxidante

En el ion permanganato (MnO₄⁻), el maganeso tiene numero de oxidacion +7

En el dicloro de manganeso (MnCl₂), el manganeso tiene numero de oxidacion +2

En el peroxido de hidrogeno (H₂ O₂), el oxigeno tiene numero de oxidacion -1

En el oxigeno melocular (O₂), el oxigeno tiene numero de oxidacion 0

El ion O²₂⁻ es el REDUCTOR y se OXIDA oxigeno molecular
El cation Mn(VII) es el OXIDANTE y se REDUCE a manganeso (II)

b) Formule y ajuste las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción molecular global.

Reacción no ajustada: H₂O₂ + KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + O₂ + KCl

La reacción se ajusta mediante el método ión-electrón en medio ácido.

1. Se plantean las semirreacciones de oxidación y reducción en forma iónica.

Semirreacción de oxidación: H₂O₂ → O₂

Semirreacción de reducción: MnO₄⁻ → Mn₂⁺

2. Ajustados todos los elementos excepto hidrógeno y oxígeno, se ajusta el oxígeno sumando en el miembro donde falte oxígeno tantas moléculas de agua como átomos de oxígeno falten:

Semirreacción de oxidación: H₂O₂ → O₂

Semirreacción de reducción: MnO₄⁻ → Mn₂⁺ + 4H₂O

3. Se ajusta el hidrógeno sumando en el miembro donde falte hidrógeno tantos protones como átomos de hidrógeno falten.

Semirreacción de oxidación: H₂O₂ → O₂ + 2H⁺

Semirreacción de reducción: MnO₄⁻ + 8H⁺ → Mn₂⁺ + 4H₂O

4. Se ajustan las cargas sumando electrones en el miembro donde haya exceso de carga positiva o en el miembro donde haya defecto de carga negativa.

Semirreacción de oxidación: H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻

Semirreacción de reducción: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn₂⁺ + 4H₂O

5. Se combinan las ecuaciones para eliminar los electrones, obteniendo la reacción iónica global.

Semirreacción de oxidación:                              5  × (H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻)

Semirreacción de reducción:            2 × (MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn₂⁺ + 4H₂O)

Reacción iónica global:  5H₂O₂ + 2MnO₄⁻ + 16H⁺ → 5O₂ + 2Mn²⁺+ 10H⁺ + 8H₂O

Se simplifican los protones de ambos miembros.
Reacción iónica global: 5H₂O₂ + 2MnO₄⁻ + 6H⁺ → 5O₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

6. Se transforman los iones en sales o ácidos, obteniendo la reacción molecular ajustada:

5H₂O₂ + 2KMnO₄⁻ + 6HCl → 5O₂ + 2MnCl₂ + 8H₂O + 2KCl

c) Calcule la concentración molar del peróxido de hidrógeno empleado.

Con los datos del enunciado y la reacción ajustada se puede calcular el número de moles de H₂O₂ que reaccionan, y conocido el volumen donde están contenidos, se calcula la concentración de la disolución de peróxido de hidrógeno.

$\frac{H_{2}O_{2}}{KMnO_{4}}= \frac{5}{2}$            $n(H_{2}O_{2})= \frac{5}{2}n(KMnO_{4})$

Teniendo en cuenta que las dos componentes están en disolución.

$M(H_{2}O_{2}).V(H_{2}O_{2})= \frac{5}{2} M(KMnO_{4})$           $M(H_{2}O_{2})= \frac{5.M(KMnO_{4}).V(KMnO_{4})}{2.V(H_{2}O_{2}} \\ M(H_{2}O_{2})= \frac{5.0,1.10x10^{-3}}{2.100x10^{-3}}=0,0575mol/L$

d) Calcule el volumen de oxígeno molecular desprendido, medido a 700 mm Hg y 30ºC.

$\frac{O_{2}}{KMnO_{4}}= \frac{5}{2} \\ n(O_{2})= \frac{5}{2}n(KMnO_{4})=\frac{5}{2}M(KMnO_{4}).V(KMnO_{4}) \\n(O_{2})= \frac{5}{2}0,1 \frac{mol}{L}.23x10^{-3}L=5,75x10^{-3}mol$

Aplicando la ecuación de gases ideales, se calcula el volumen.

$P . V=nRT \\ v= \frac{nRT}{P}= \frac{5,75x10^{-3}mol.0,082\frac{atm.L}{mol.K}.303K}{ \frac{700}{600}atm} = 0,155L$

Prueba selectiva para la comunidad de Madrid. Convocatoria Jun 2013-2014. Química.