Problemes resolts de reaccions redox i estequiometria

Ajusteu les equacions químiques següents que representen processos d'oxidació-reducció:

a.

$\mathrm{NO_2(g) + O_3(g) \rightarrow N_2O_5(g) + O_2(g)}$

b.

$\mathrm{S_8(s) + Na(s) \rightarrow Na_2S(s)}$

c.

$\mathrm{Cr^{2+}(aq) + Sn^{4+}(aq) \rightarrow Cr^{3+}(aq) + Sn^{2+}(aq)}$

d.

$\mathrm{As(s) + Cl_2(g) \rightarrow AsCl_3(l)}$

A les naus espacials es produeixen pèrdues continuades de nitrogen a través de petites fissures que cal compensar. Un procediment consisteix a emmagatzemar-lo en forma de líquid com a hidrazina, $\mathrm{N_2H_4}$, a partir de la qual s'allibera gas nitrogen ràpidament per calefacció segons:

$$\mathrm{N_2H_4(l) \rightarrow NH_3(g) + N_2(g)}$$

a.

b.

Determineu el nombre d'oxidació del nitrogen en cadascun dels tres compostos:

c.

Sabent que a temperatura i pressió ambient $28{,}0\ \mathrm{g}$ de gas $\mathrm{N_2}$ ocupen un volum de $24{,}0\ \mathrm{L}$, determineu quin volum de $\mathrm{N_2(g)}$ s'obtindrà a partir d'$1{,}0\ \mathrm{L}$ d'hidrazina pura (densitat a temperatura ambient: $1{,}004\ \mathrm{g\cdot cm^{-3}}$).

Es dissolen en aigua $5{,}00\ \mathrm{g}$ de nitrat de crom(II) i $6{,}00\ \mathrm{g}$ de sulfat de coure(II) fins a assolir un volum total de $250{,}0\ \mathrm{mL}$. Els cations reaccionen entre ells, de manera que es diposita coure metàl·lic i cada ió crom perd un electró.

a.

b.

c.

Quina és la molaritat final dels dos anions presents a la dissolució?

Problema K.24. Formació de sulfur de plata en objectes de plata

La pèrdua de brillantor i enfosquiment de la superfície dels objectes de plata és deguda a la formació de sulfur de plata ($Ag_2S$).

a)

Indiqueu si en aquest procés la plata s'oxida o es redueix.

b)

Si una làmina de plata queda recoberta per una capa de $5{,}00\text{ g}$ de sulfur de plata, quants mols de plata han reaccionat?

c)

Quants mols d'electrons s'han transferit en la formació d'aquesta quantitat de sulfur de plata?

Problema 1. Identificació de reaccions redox

Classifiqueu quines de les reaccions químiques següents són processos redox. Per a aquelles que ho siguin, indiqueu quina espècie s'oxida i quina es redueix:

Problema 2. Oxidació de nitrit amb permanganat en medi àcid

Ajusteu l'equació molecular de l'oxidació del nitrit de potassi a nitrat de potassi mitjançant permanganat de potassi en presència d'àcid sulfúric, sabent que el permanganat es redueix a catió manganès(II).

Problema 3. Oxidació de sulfit amb dicromat en medi àcid

El dicromat de potassi en medi àcid sulfúric oxida el sulfit de sodi a sulfat de sodi, formant-se ions crom(III). Escriviu i ajusteu l'equació iònica del procés.

Problema 4. Oxidació de iodur a iodat en medi bàsic

Ajusteu l'equació de la reacció d'oxidació d'iodur a iodat en medi fortament bàsic emprant permanganat, el qual es redueix a ió manganat.

Ajusteu l'equació de la reacció d'oxidació del catió crom(III) (o de l'ió cromit) a cromat mitjançant peròxid d'hidrogen en medi alcalí.

En medi alcalí (per exemple amb hidròxid de potassi), el clorat de potassi es redueix a clorur en presència de nitrat de crom(III), que s'oxida a cromat de potassi. Escriviu i ajusteu la reacció molecular completa.

Calculeu quina quantitat d'òxid de coure(II) es podrà reduir mitjançant el gas dihidrogen que es desprèn en fer reaccionar $100{,}0\text{ g}$ d'alumini metàl·lic amb un excés d'àcid sulfúric.

Calculeu la massa teòrica de nitrat de coure(II) hexahidratat, $\text{Cu}(\text{NO}_3)_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, que es pot preparar per reacció de $100{,}0\text{ mL}$ d'àcid nítric $3{,}00\text{ M}$ sobre un excés de coure metàl·lic. Si al laboratori s'han aïllat $27{,}8\text{ g}$ de producte cristal·litzat, quin és el rendiment percentual de la reacció?

a)

b)

%

Problema 9. Oxidació de 2-butanol amb dicromat de potassi

El dicromat de potassi s'empra habitualment com a oxidant d'alcohols secundaris a cetones. Ajusteu l'equació química del procés en què es fa reaccionar dicromat de potassi amb 2-butanol ($\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$) en medi àcid sulfúric per donar butanona ($\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$) i sulfat de crom(III).

Problema 10. Oxidació de fenol amb permanganat en medi alcalí

Ajusteu la reacció molecular d'oxidació destructiva del fenol següent:

$$\text{KMnO}_4 + \text{C}_6\text{H}_6\text{O} + \text{KOH} \rightarrow \text{K}_2\text{MnO}_4 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Problema 11. Reacció redox entre permanganat i tiosulfat

Considereu la reacció redox en medi aquós entre el permanganat i el tiosulfat:

$$\text{MnO}_4^-(\text{aq}) + \text{S}_2\text{O}_3^{2-}(\text{aq}) \rightarrow \text{MnO}_2(\text{s}) + \text{SO}_4^{2-}(\text{aq})$$

a)

Identifiqueu la substància oxidant i la reductora.

b)

Ajusteu l'equació iònica neta.

c)

Escriviu l'equació molecular corresponent si s'utilitzen $\text{KMnO}_4$ i $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ com a reactius de partida.

d)

Calculeu el volum mínim d'una solució de $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ $0{,}20\text{ M}$ necessari per consumir completament $25{,}0\text{ mL}$ d'una solució de $\text{KMnO}_4$ $0{,}10\text{ M}$.

e)

Si després de filtrar i assecar el precipitat insoluble de $\text{MnO}_2$ es recull amb un rendiment del $80\%$, quina massa de sòlid s'obté? (Dada: $M(\text{MnO}_2) = 86{,}94\text{ g/mol}$)