EJERCICIOS TEMA 5. Reacciones Reacciones de transferencia de electrones electrones oxidación. ¿Cuál es el estado de oxidación del elemento subrayado en cada una 1. Número de oxidación. ¿Cuál de las siguientes especies químicas? a) P4 b) Al2O3 c) MnO4 −
d) NaH
e) H2 O2
f) Fe3 O4
2. Número de ox oxidación. idación. ¿En cuál de los siguientes compuestos el nitrógeno tiene número de
oxidación oxidaci ón +4? +4? a) HNO3
b) N2O
c) NH4 Cl
d) N2H4
e) NO2
oxidación. En la siguiente reacción: 3. Número de oxidación. −
2 Al(s) + 2 OH− (ac) + 6 H2O (l) → 3 H2 (g) + 2 Al(OH) 4 (ac) ¿Cuál es el agente reductor? 4. Ajuste de reacciones. Para la siguiente semirreacción redox en medio básico: − − ClO (ac) → Cl (ac)
¿Cuántos electrones aparecen en la reacción ajustada? 5. Número de oxidación. ¿Pueden clasificarse como reacciones redox las siguientes
reacciones? a) HBr + H2SO4 → Br2 + SO2 + H2 O b) Na2S + H2SO4 → Na2SO4 + H2 S c) CaO (exceso)+ H2SO4 → CaSO4 + Ca(OH) 2 d) CaO + CO2 → CaCO3 e) H2 S + CuCl 2
→
CuS + 2HCl
6. Ajuste de reacciones. Escriba ecuaciones para las semirreacciones de oxidación y reducción
y para la ecuación redox neta describiendo: 2+
a) el desplazamiento del Cu (ac) por el Fe (s) −
b) la l a oxidación oxidación de Br a Br Br2(ac) por el Cl 2 (ac) 3+ 2+ c) La reducción de Fe (ac) a Fe (ac) por el Al(s) −
−
−
−
d) la oxidación del Cl (ac) a ClO 3 (ac) por el MnO 4 en e n disolución disolución ácida (el MnO 4 se reduce a 2+ Mn ). 7. Ajuste de reacciones. Escriba la ecuación ajustada para representar la oxidación del ion -
-
yoduro (I ) por el ion permanganato (MnO4 ) en una disolución básica para formar yodo molecular y óxido de manganeso (IV). 2+
8. Potencial de célula. ¿Cuál de las siguientes especies será reducida por Fe (ac) en
condic condi ciones estándar? es tándar? + a) H (ac) +
b) Ag (ac) 2+ c) Cu (ac)
9. Potencial de célula. Escriba las reacciones para las células electroquímicas cuyos esquemas
se dan a continuación y utilice los datos de la tabla de potenciales de electrodo para calcular E°cel de cada una de las reacciones: 3+ 2+ a) Al(s)|Al (ac) || Sn (ac)|Sn (s) 2+
3+
+
b) Pt(s)|Fe (ac), Fe (ac) || Ag (ac)|Ag(s) 10. Potencial de célula. Utilizando los datos que se dan a continuación y los de la tabla de
potenciales de electrodo estándar, determine las magnitudes que se indican y corrija la notación de las células en caso de estar mal escritas. 2+
+
a) E°cel para la célula Pt(s)|Cl 2(g)|Cl−(ac) || Pb (ac), H (ac) |PbO2(s) 3+ 2+ 3+ b) E° para el par Sc |Sc, sabiendo que para la célula Mg(s)|Mg (ac)|| Sc (ac)|Sc(s), E°cel = 0.33V 2+
+
+
2+
+
c) E° para el par Cu |Cu , sabiendo que para la célula Pt(s)|Cu (ac),Cu (ac) || Ag (ac)|Ag(s), E°cel = 0.641V 11. Potencial de célula. Para la siguiente reacción: +
3+
Cr(s) + 3H (ac) → Cr (ac) + 3/2 H2 (g) 3+ ¿Cuál será el valor de E° (Cr /Cr)?
ΔG° = –214.23 kJ/mol
12. Potencial de célula. Se construye una pila introduciendo un alambre de plata en una
disolución de nitrato de plata y un alambre de platino en una disolución que contiene iones 2+
3+
3+
2+
Fe y Fe . (Datos: E° (Fe /Fe ) = +0,77 V) a) ¿Cuál será la reacción cuando el proceso sea espontáneo? b) ¿Qué semipila constituirá el ánodo y cuál el cátodo? c) ¿Qué sentido llevará el flujo de electrones? ¿Y el de aniones? d) ¿Cuál será el potencial de pila cuando todos los iones metálicos disueltos tengan concentración 1 M? 13. Potencial de célula. Prediga si los siguientes metales se disolverán en el ácido indicado. En
caso de tener lugar la reacción, e scriba las ecuaciones iónicas netas de la misma. Suponga que reactivos y productos están en estado estándar. 3+
(a) Ag con HNO3 (ac); (b) Zn con HI (ac); (c) Au con HNO3 . Para el par (Au /Au) E° = 1.52V 14. Ajuste de reacciones + cálculos disoluciones. Dada la reacción:
KMnO4 + KBr + H2 SO4 → MnSO4 + K2SO4 + Br2 A partir de 250 mL de una disol ución de KBr 0,100 M, de 0,850 g de KMnO4 y exceso de H2SO4, ¿qué masa de Br2 se obtendría si el rendimiento de la reacción es del 38,0 %? 3
15. Ajuste de reacciones + cálculos disoluciones. Se hacen reaccionar 20,0 cm de ácido
sulfúrico de densidad 1,836 g/mL y 98 % de riqueza con 26,5 g de cobre que tiene un 5,0 % de impurezas no reactivas. a) Formule y ajuste por el método del ion-electrón la reacción habida, sabiendo que además de la sal de cobre (CuSO4 ) se forma también dióxido de azufre (SO2). b) ¿Qué cantidad de sulfato de cobre(II) se obtendrá en disolución? c) ¿Podría ser considerado como limitante alguno de los reactivos iniciales?
16. Ajuste de reacciones + cálculos disoluciones. El ácido nítrico concentrado reacciona con el
cobre para formar nitrato de cobre (II), dióxido de nitrógeno y agua. a) Escriba la reacción ajustada. 3
b) ¿Cuántos mL de HNO3 del 95 % de pureza y densidad 1,5 g/cm se necesitan para hacer reaccionar totalmente 3,4 g de cobre? c) ¿Qué volumen de NO2 se formará medido a 29°C y 748 mmHg de presión? 17. Ajuste de reacciones + cálculos disoluciones. Al hacer reaccionar el dicromato de potasio
(k 2 Cr2O7) con ácido clorhídrico se obtiene cloruro de cromo (III) a la vez que se desprende un gas amarillo verdoso (Cl 2) y se forman otros compuestos solubles en agua. a) Escriba la ecuación ajustada por el método del ion-electrón. b) ¿Cuántos mL de ácido clorhídrico del 37% y densidad 1,19 g· se necesitarán para reaccionar con 7 g de dicromato de potasio? c) ¿Qué volumen de gas, medido a 20°C y 750 mmHg, se formará en el proceso anterior? 18. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Para la reacción 2+
−4
+
5 H2O2 (l) + 2 Mn (ac) → 2 Mn0 (ac) + 6 H (ac) + 2 H2 O(l) Utilice la tabla de potenciales estándar de reducción y determine E°cel, 19. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Calcule el
G°, Keq
G°,
Keq de las siguientes
reacciones a 25°C. 2+ 2+ a) Mg(s) + Pb (ac) ↔ Mg (ac) + Pb(s) −
−
b) Br2 (l) + 2I (ac) ↔ 2Br (ac) + I 2(s) + 2+ 3+ c) O2(g) + 4H (ac) + 4Fe (ac) ↔ 2H2 O + 4Fe (ac) 3+
−
d) 2Al(s) + 3I2(s) ↔ 2Al (ac) + 6I (ac) 20. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Dado que E°= 0.52V, para la reacción de +
−
reducción: Cu (ac) + e → Cu (s) Calcule el E°, G°, Keq de la siguiente reacción a 25°C: +
2+
2 Cu (ac) → Cu (ac) + Cu (s) 21. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Calcule E°, E,
G
de las siguientes
reacciones de celda: 2+
2+
a) Mg(s) + Sn (ac) → Mg (ac) + Sn(s) 2+
2+
[Mg ] = 0.045M, [Sn ] = 0.035 M 3+
2+
b) 3Zn(s) + 2Cr (ac) → 3Zn (ac) + 2Cr(s) 3+ 2+ [Cr ] = 0.010 M, [Zn ] = 0.0085 M 3+
E° (Cr /Cr) = -0.74 V 22. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Cuál es la fem de una celda formada por
las semiceldas de 2+ + Pb /Pb y Pt/H /H2
2+
+
si [Pb ] = 0.1 M, [H ] = 0.05 M y P H2 = 1.0 atm
23. Condiciones no estándar. Para la célula voltaica 2+
2+
Sn(s)|Sn (0.075M)||Pb (0.6M)|Pb(s) a) ¿Cuál es el valor de Ecel inicialmente? b) Si se permite que la célula opere espontáneamente, ¿E cel aumentará, disminuirá o permanecerá constante con el tiempo? Razone su respuesta. 2+ c) ¿Cuál será el valor de E cel cuando [Pb ] haya disminuido hasta 0.5M? 2+
d) ¿Cuál será el valor de [Sn ] cuando Ecel =0.02 V? e) ¿Cuáles serán las concentraciones de los iones cuando E cel=0? 24. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. Se construye una célula voltaica
basándose en la siguiente reacción y concentraciones iniciales. 2+
+
3+
Fe (0.005 M) + Ag (2.0 M) → Fe (0.005 M) + Ag(s) 2+
Calcule [Fe ] cuando la reacción de la célula alcance el equilibrio 25. Constante de equilibrio y condiciones no estándar. La constante de equilibrio de la 2+
reacción:
2+
Sr(s) + Mg (ac) ↔ Sr (ac) + Mg(s) 12
2+
2+
Es de 2.69x10 a 25 °C. Calcule el E° de la celda f ormada por las semiceldas Sr/Sr y Mg/Mg
26. Electrolisis. Se quiere hacer un recubrimiento de una superficie con cromo (cromado) y
para ello se dispone de una disolución ácida que contiene CrO 3 . Se pide: a) Escribe la semirreacción de reducción de CrO 3 a Cr(s) en medio ácido. 4
b) ¿Cuántos gramos de cromo se depositarían al pasar una carga de 1.0x10 C? c) ¿Cuánto tiempo tardará en depositarse un gramo de cromo utilizando una corriente de 6 A? 27. Electrolisis. Una corriente de 10 A está circulando durante 120 min sobre cloruro de sodio
fundido. Calcula el volumen de cloro, medido a 720 mmHg y 300 K, que se desprende en el ánodo. 28. Electrolisis. ¿Cuántas horas son necesarias para producir 30,0 g de oro metálico, haciendo
pasar una corriente eléctrica continua de 4,0 A a través de una disolución de un compuesto iónico de oro(III)? 29. Electrolisis. Se somete a electrólisis ZnCl 2 fundido haciendo pasar una corriente de 3 A
durante cierto tiempo, hasta que se depositan 24,5 g de Zn metálico. a) Indica las reacciones que tienen lugar en el cátodo y en el ánodo. b) Calcula el tiempo necesario para realizar el proceso. c) Determina el volumen de gas liberado durante la electrólisis, medido en condiciones normales.
Ajuste en medio ácido:
1) H2 S + H2SO3
S + H2O
2) MnO2 + HCl MnCl2 + Cl 2 + H2 O +2 -2 3) Mn + S2O8 + H2O MnO4 + HSO4 4) KIO3 + Al + HCl -3 +2 5) VO 4 + Fe +2
6) UO + NO3 -
I 2 + AlCl 3 + KCl + H2O +2 +3 VO + Fe
-
+2
UO2 + NO
-
7) HS + HSO3 +3 + 8) Fe + NH3OH
-2
S2 O 3 +2 Fe + N2O
Ajuste en medio básico:
1) Cl 2 + NaOH
NaCl + NaClO 3 + H2O
2) KMnO4 + NH3 -
-2
3) MnO4 + SO3 4) CH3OH + MnO4 5) CrI3 + Cl2 6) Fe(OH) 3 + OCl -2
7) Ag + CrO4 8) Fe(OH) 2 + O2
MnO2 + KNO3 + KOH + H2O -2
-
MnO2 + SO4 + OH -2 CO3 + MnO4 -2
-
-
CrO4 + IO4 + Cl -2 FeO 4 + Cl +
Ag + Cr(OH) 3 Fe(OH)3
