Ejercicio Resuelto Consigna Se hacen reaccionar 460.0g de KBiO3 puro con 121.0 g de Mn(MO3)2 puro y HNO3 en cantidad necesaria, y se produjeron 2 moles de agua. aIgualar la reacción. bIndicar que reactivo está en exceso y en que cantidad teórica. cIdentificar la hemirreacción de oxidación y la de reducción, e identificar el agente reductor y el oxidante. dCalcular el rendimiento de la reacción. eSi la solución final es de 5L, indicar la M de cada producto (considere el rendimiento). fLa solución final ¿es neutra, ácida o básica? (suponiendo que se coloca la cantidad estequiométrica exacta de HNO3) ¿Por qué? Reacción: KBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 -> Bi(NO3)3 + KmnO4 + KNO3 + H2O Desde la siguiente página, la respuesta Respuesta: a- Igualación de la reacción: En este caso es una REDOX, y la igualaremos mediante el método del ión-electrón. En primer lugar, hay que disociar o ionizar todos los compuestos: KBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 -> Bi(NO3)3 + KmnO4 + KNO3 + H2O K+ + BiO3- + Mn+2 + H+ + 2 NO3- -> Bi+3 + 3 NO3- + K+ + MnO4- + K+ + NO3- + H2O Las dos hemirreacciones son: BiO3Mn+2 -> -> Bi+3 MnO4- Primero: Igualando átomos. En ambos casos hay que agregar H+ y H2O donde corresponda (en este caso es en ambas hemirreacciones, el mecanismo es el mismo: H+ donde haya mas O y H2O en el otro miembro) 6H+ + BiO34 H2O + Mn+2 -> -> Bi+3 + 3 H2O MnO4- + 8H+ Segundo: colocar los electrones (se reduce y capta electrones) (cargas: -2+6-1 = 3 -> 2e-) 2e- + 6H+ + BiO3-> Bi+3 + 3 H2O (se oxida y cede electrones) (cargas: 2 = -1+8-5 -> 5e-) 4 H2O + Mn+2 -> MnO4- + 8H+ + 5eTercero: Igualar las hemirreacciones 5x (2e- + 6H+ + BiO3-> Bi+3 + 3 H2O) 2x (4 H2O + Mn+2 -> MnO4- + 8H+ + 5e-) ____________________________________________________________________ 10e- +30 H+ +5 BiO3- + 2 Mn+2 + 8 H2O-> 5 Bi+3 + 15 H2O + 16H+ + 10e- + 2 MnO4Como hay especies iguales en ambos lados, se cancelan (es el caso de H+, H2O y e-), quedando: 14 H+ +5 BiO3- + 2 Mn+2 -> 5 Bi+3 + 7 H2O + 2 MnO4La reacción completa igualada por lo tanto es: 5 KBiO3 + 2 Mn(NO3)2 + 14 HNO3 -> 5 Bi(NO3)3 + 2 KMnO4 + 3 KNO3 + 7 H2O b- Reactivo en exceso: Mr de KBiO3 : 296 gr/mol Si tienen 460gr = 1.55 moles Mr de Mn(NO3)2 : 179 gr/mol Si tienen 121gr = 0.67 moles Limitante: Si 2 moles de Mn(NO3)2 necesitan 5 moles de KBiO3, 0.67 moles necesitan 1.675 Y como tienen solo 1.55 de KBiO3, no alcanza y por lo tanto el KBiO3 es limitante y sobrará Mn(NO3)2 ¿Cuánto? Si 5 moles de KBiO3 reaccionan con 2 moles de Mn(NO3)2 1.55 moles de KBiO3 disponibles reaccionaron con 0.62 moles de Mn(NO3)2 Como se colocaron 0.67 moles Y se consumieron 0.62 moles El Exceso es de 0.05 moles de Mn(NO3)2 cLa oxidación es la reacción Mn+2 -> MnO4-; y la reducción es BiO3-> Bi+3. En este caso el agente reductor es el Mn+2 (Mn(NO3)2) y el oxidante el BiO3- (KBiO3) (debido a que el primero reduce al segundo, y el segundo oxida al primero) d- Rendimiento: El limitante (KBiO3) determina la cantidad teórica de producto generado. Si según al estequiometría: 5 moles de KBiO3 reaccionan para dar 7 moles de H2O 1.55 disponibles dan (en teoría) 2.17 moles de H2O En teoría se generan 2.17 moles de agua, equivalentes de 100% de rendimiento. Si en la práctica se generan 2 moles de agua, el rendimiento es de 92% = (2*100%) 2.17 e- Concentración molar de productos (excepto H2O, recordar que es solución acuosa) Por estequiometría y teniendo en cuenta el limitante (1.55 moles de KBiO3), se generan: 1.55 moles de Bi(NO3)3; (es 5 a 5), 1.426 moles al aplicar rendimiento 0.62 moles de KMnO4; (es 5 a 2), 0.57 moles al aplicar rendimiento 1.55 moles de KNO3; (es 5 a 5), 1.426 moles al aplicar rendimiento Si todos esos productos están en 5 L, hay que calcular la cantidad efectiva en 1 L (recordar que M es número de moles por litro de solución) Si en 5 L hay 1.426 moles de Bi(NO3)3, en 1 L: 0.285moles –> 0.285M Si en 5 L hay 0.57 moles de KMnO4; en 1 L: 0.114moles -> 0.114M Si en 5 L hay 1.426 moles de KNO3, en 1 L: 0.285moles –> 0.285M fEn las condiciones planteadas en este problema, si el rendimiento de la reacción fuera del 100%, y se coloca la cantidad necesaria exacta de HNO3 (es el único reactivo que influye en el pH al liberar H+, los otros dos no dan ni H+ ni OH-, son sales neutras), la solución final es NEUTRA. PERO Como el rendimiento NO ES 100%, una parte de los reactivos no reacciona (incluyendo el HNO3). Si este en agua se disocia en H+ y NO3-, esos H+ modifican el pH, tornándola ácida. Es también posible calcular el pH. Para eso hay que calcular la cantidad de HNO3 que no reaccionó, para saber los H+. Tomando nuevamente el limitante, la cantidad de HNO3 que se colocó es de 4.34 moles (la estequimetría es 5 a 14, teníamos 1.55 moles de limitante) Como reaccionó en principio el 92% (rendimiento), 0.35 moles de HNO3 sobraron y aportan H+ al medio. HNO3 -> H+ + NO3Por lo que hay disponibles 0.35moles de H+ Como la solución es de 5L, en verdad la M de los H+ es de 0.07M. Por lo que: pH = - log 0.07 El pH de la solución final es de 1.15 (ácida)