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Transformaciones químicas · Oxidación y reducción

Estequiometría y titulación redox

Te conviene dominar: Cálculos estequiométricos (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))
Te conviene dominar: Disoluciones y sus propiedades (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))

En el laboratorio de la escuela, Valentina deja caer gota a gota una solución violeta desde una bureta sobre un erlenmeyer con hierro disuelto. Al principio el color desaparece al instante; de pronto, una sola gota tiñe todo de rosa y el color no se va. ¿Cuántos moles de hierro había en el erlenmeyer? Con una ecuación redox igualada y un poco de estequiometría, se puede saber.

Cantidad de sustancia a partir de una ecuación redox

Una vez que igualaste una ecuación redox (con el método ion-electrón), sus coeficientes significan lo mismo que en cualquier otra reacción: proporciones de cantidad de sustancia (n). La diferencia práctica es que estas reacciones suelen estudiarse en solución, agregando un volumen medido desde una bureta hasta que un cambio de color indica que la sustancia a analizar se consumió por completo. A eso se lo llama titulación (o volumetría).

Esquema de cálculo estequiométrico que relaciona los moles de permanganato con los de hierro(II) multiplicando por el factor cinco. MnO₄⁻ + 5 Fe²⁺ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 5 Fe³⁺ + 4 H₂O M · V (MnO₄⁻) = n(MnO₄⁻) × 5 n(Fe²⁺) en la muestra el coeficiente es el factor de conversión entre moles
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En la determinación permanganimétrica de hierro disuelto, el ion permanganato oxida cuantitativamente al catión hierro(II) en medio fuertemente ácido generado con exceso…

En la determinación permanganimétrica de hierro disuelto, el ion permanganato oxida cuantitativamente al catión hierro(II) en medio fuertemente ácido generado con exceso de ácido sulfúrico, reduciéndose a ion manganeso(II) y oxidándose el hierro a ion hierro(III).

  1. a) Ajustá mediante el método del ion-electrón la ecuación iónica global correspondiente a este proceso redox.
  2. b) Si para valorar una muestra problema se consumen exactamente $12{,}50\,\mathrm{mL}$ de una solución acuosa de permanganato de potasio $0{,}0200\,\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, determiná la cantidad de sustancia (en moles) de iones $\mathrm{Fe^{2+}}$ presentes en la muestra analizada.
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Titulaciones con permanganato

Montaje de una titulación con permanganato: bureta con solución violeta de permanganato de potasio sobre un erlenmeyer con el analito. menisco inicial erlenmeyer con el analito

El volumen gastado es la diferencia entre la lectura final y la inicial del menisco en la bureta. El permanganato es violeta intenso y sus productos ($\mathrm{Mn^{2+}}$) son casi incoloros: no hace falta indicador. El punto final es el primer tinte rosado que persiste.

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La valoración del ácido oxálico con permanganato de potasio requiere un calentamiento controlado previo del erlenmeyer a unos $60\,^\circ\mathrm{C}$ para acelerar la…

La valoración del ácido oxálico con permanganato de potasio requiere un calentamiento controlado previo del erlenmeyer a unos $60\,^\circ\mathrm{C}$ para acelerar la lenta cinética inicial antes de que el ion $\mathrm{Mn^{2+}}$ generado actúe como autocatalizador. La reacción ajustada es:

$2\,\mathrm{MnO_4^-} + 5\,\mathrm{H_2C_2O_4} + 6\,\mathrm{H^+} \rightarrow 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 10\,\mathrm{CO_2} + 8\,\mathrm{H_2O}$

Se valoran $20{,}00\,\mathrm{mL}$ de una solución patrón de $\mathrm{H_2C_2O_4}$ $0{,}0500\,\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$ gastando $16{,}00\,\mathrm{mL}$ de solución de $\mathrm{KMnO_4}$. Calculá la concentración molar de la solución de permanganato de potasio empleada.

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Se dispone de una alícuota de $25{,}0\,\mathrm{mL}$ de una disolución acuosa que contiene $\mathrm{Fe^{2+}}$, tratada con ácido sulfúrico en exceso. Se valora mediante…

Se dispone de una alícuota de $25{,}0\,\mathrm{mL}$ de una disolución acuosa que contiene $\mathrm{Fe^{2+}}$, tratada con ácido sulfúrico en exceso. Se valora mediante permanganimetría con una disolución patrón de $\mathrm{KMnO_4}$ $0{,}0200\,\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$. En el esquema experimental siguiente se aprecian las lecturas inicial y final del menisco de la disolución en la bureta, correspondientes a $3{,}10\,\mathrm{mL}$ y $18{,}10\,\mathrm{mL}$, respectivamente:

INICIO DE LA VALORACIÓN 2 3 4 5 Lectura inicial 3,10 mL 25,0 mL Muestra inicial PUNTO FINAL 17 18 19 20 Lectura final 18,10 mL Disolución final

Considerá la reacción iónica ajustada:

$\mathrm{MnO_4^-} + 5\,\mathrm{Fe^{2+}} + 8\,\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Mn^{2+}} + 5\,\mathrm{Fe^{3+}} + 4\,\mathrm{H_2O}$

  1. a) Determiná la concentración molar de iones $\mathrm{Fe^{2+}}$ en la disolución analizada.
  2. b) Justificá el criterio experimental que define el punto final en esta permanganimetría e indicá por qué no debe emplearse ácido clorhídrico en lugar de ácido sulfúrico para acidular el medio.
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Riqueza y concentración de una muestra comercial

Muchas veces la muestra comercial (por ejemplo, un agua oxigenada de la farmacia) es demasiado concentrada para titularla directamente. Entonces se diluye primero: se toma un volumen con pipeta, se lleva a un matraz aforado y se titula una alícuota de esa dilución.

Esquema de dilución previa a la titulación: toma de muestra con pipeta, enrase en matraz aforado y extracción de una alícuota para titular. muestra 2,00 mL matraz 100,0 mL titular 20,00 mL diluir alícuota
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El peróxido de hidrógeno actúa como reductor frente al permanganato de potasio en medio ácido sulfúrico. Para determinar la riqueza de un agua oxigenada comercial cuya…

El peróxido de hidrógeno actúa como reductor frente al permanganato de potasio en medio ácido sulfúrico. Para determinar la riqueza de un agua oxigenada comercial cuya densidad es $1{,}015\,\mathrm{g\cdot mL^{-1}}$, se toman $2{,}00\,\mathrm{mL}$ de la muestra y se diluyen en un matraz aforado hasta $100{,}0\,\mathrm{mL}$. A continuación, se valora una alícuota de $20{,}00\,\mathrm{mL}$ de dicha disolución con $\mathrm{KMnO_4}$ $0{,}0150\,\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, gastándose $19{,}60\,\mathrm{mL}$ de valorante.

Reacción: $2\,\mathrm{MnO_4^-} + 5\,\mathrm{H_2O_2} + 6\,\mathrm{H^+} \rightarrow 2\,\mathrm{Mn^{2+}} + 5\,\mathrm{O_2} + 8\,\mathrm{H_2O}$

  1. a) Calculá la concentración molar de $\mathrm{H_2O_2}$ en el agua oxigenada comercial.
  2. b) Determiná el porcentaje en masa (% en peso) de $\mathrm{H_2O_2}$ en dicha muestra comercial. Datos: masas molares atómicas en $\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$.
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Vuelta al principio: Valentina conoce el volumen de permanganato que gastó y su concentración; con eso obtiene $n(\mathrm{MnO_4^-})$ y, multiplicando por el coeficiente que da la ecuación (5 en el caso del hierro), la cantidad de hierro del erlenmeyer.

Resumen

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