Question

PROBLEMA 1B.- A 50 mL de una disolución ácida de MnO4−1,2 M se le añade un trozo de 14,7 g de Ni(s), obteniéndose Mn2+ y Ni2+
.
a) Escribe y ajusta las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global.
b) Justifica cuantitativamente que el MnO4− sea el reactivo limitante.
c) Calcula la concentración final de iones Ni2+ y Mn2+ en disolución, suponiendo que el
volumen no ha variado.
d) Determina la masa de Ni que queda sin reaccionar.

DATO. Ar (Ni) = 58,7 u.


Prueba de Selectividad para la Comunidad de Madrid, Convocatoria Septiembre 2011, QUIMICA

Answer 1

PROBLEMA 1B.- A 50 mL de una disolución ácida de MnO₄⁻ 1,2 M se le añade un trozo de 14,7 g de Ni (s), obteniéndose Mn²⁺ y Ni²⁺

a) Escribe y ajusta las semirreacciones de oxidación y reducción, y la reacción iónica global.

Elementos que se oxidan:

Mn → Mn²⁺
Ni → Ni²⁺

Ambas son reacciones oxidación ya que son elementos metálicos (Manganeso y Níquel, respectivamente), y por consiguiente, de naturaleza electropositiva, de modo que suministran electrones al medio, aumentando el estado de oxidación tal y como se indica a continuación:

Semirreacciones de oxidación: Mn → Mn²⁺ + 2e⁻
                                                  Ni → Ni²⁺ + 2e⁻
Reacción iónica global:             Mn + Ni → Mn²⁺ + Ni²⁺

NOTA: No hay reacciones de reducción.

b) Justifica cuantitativamente que el MnO4⁻ sea el reactivo limitante.

Si observamos la reacción de la adición de Níquel (Ni) a la disolución de Permangato (MnO4⁻), podemos apreciar lo siguiente:

2 MnO₄ + Ni → Ni(MnO₄)₂

Hay:
2 moles de MnO₄⁻
1 mol de Ni

Comparando las proporciones estequiométricas deducimos que 2 moles (equivalentes a 237,86 g) de MnO₄⁻ se tienen a disposición para la formación de 1 mol de Ni(MnO₄)₂. 

En efecto, dicha cantidad en términos de moles de MnO₄⁻ es superior a la del producto, de modo que no puede ser el limitante.

c) Calcula la concentración final de iones Ni₂⁺ y Mn²⁺ en disolución, suponiendo que el volumen no ha variado.

Para calcular la concentración de iones (es decir, en este caso de los elementos Ni y Mn respectivamente) se aplica la fórmula de molaridad, ya que esta indica la concentracion de las especies en cuestion. 

Que es:

$M= \frac{(Nromoles)soluto}{Volumendisolucion(L)}$

En el caso del Niquel, la cantidad de moles se obtiene a través de una regla de tres:

58,71g → 1 mol de Ni
14,7 g → x moles ?

14,7 g x 1 = 14,7 g ÷ 58,71 = 0,25 moles

Así:

$M= \frac{0,25moles}{0,0647L}=3,8M$

Por otra parte, el Mn mantiene una concentracion de 1,2 M tal y como indica el enunciado si no se modifica el volumen de la disolución.

d) Determina la masa de Ni que queda sin reaccionar.

Considerando la masa atómica que corresponde a un mol de Niquel, que es 58,7 u, la cantidad añadida a la disolución de 17,4 corresponde al 25% de su masa como elemento, es decir un 1/4. 

Dicho esto, la reacción molecular balanceada es la siguiente:

$\frac{2}{4} MnO_{4}+ \frac{1}{4} Ni=\ \textgreater \ \frac{1}{4}Ni(MnO_{4})_{2}$

Donde se puede observar que se consume toda la cantidad de Ni agregada.

Prueba de Selectividad para la Comunidad de Madrid, Convocatoria Septiembre 2011, QUIMICA