O permanganato de potássio
reage com o peróxido de hidrogênio
em meio ácido, ocorrendo simultaneamente a redução do
e a oxidação do
. A reação fornece íons
e gás oxigênio como produtos. Considere equação abaixo:
a) Balanceie a equação de oxirredução acima.
b) Sabendo que foram utilizados
de
, determine a massa mínima de
necessária para reagir completamente.
c) Calcule o volume de
produzido nas CNTP.
b) Sabendo que foram utilizados
c) Calcule o volume de
Passo 1
O enunciado dá a reação não balanceada em meio ácido:
O que é pedido:
- (a) Balancear a equação de oxirredução em meio ácido.
- (b) Usando
de , determinar a massa mínima de necessária para reagir completamente. - (c) Calcular o volume de
produzido nas CNTP (0 ºC e 1 atm).
Informações relevantes fornecidas / que vamos usar:
- Massa de
: . - Em meio ácido: podemos aplicar meio ácido nas semi-reações (uso de
e para balancear O e H). - Valor das massas molares que usarei:
e . - Volume molar nas CNTP:
.
Passo 2
Estratégia para (a): usar o método das semi-reações (meio ácido).
Vou separar a transformação de cada espécie que muda de número de oxidação em duas semi-reações (redução e oxidação), balancear cada uma em termos de átomos e cargas, e depois combiná-las para cancelar os elétrons.
Vou separar a transformação de cada espécie que muda de número de oxidação em duas semi-reações (redução e oxidação), balancear cada uma em termos de átomos e cargas, e depois combiná-las para cancelar os elétrons.
Primeira semi-reação (redução do manganês): o íon permanganato
(Mn em
) é reduzido a
.
- Escrevendo a transformação:
. - Balancear oxigênios: há 4 O no permanganato, então adiciona-se
no lado que falta O: - Balancear hidrogênios: aparecem
H em , portanto adiciona-se ao outro lado: - Balancear cargas: carga à esquerda é
; à direita é . Para igualar, adiciona-se ao lado mais positivo (à esquerda) de modo que a carga à esquerda passe a :
Essa é a semi-reação de redução balanceada.
Passo 3
Segunda semi-reação (oxidação do peróxido): o
é oxidado a
.
- Escrevendo a transformação:
. - Oxigênios já balanceados (2 de cada lado). Balancear hidrogênios: no lado esquerdo há 2 H, então adiciona-se
no lado direito: - Balancear cargas: lado esquerdo carga 0; lado direito carga
. Para conservar carga, adiciona-se ao lado direito (a oxidação produz elétrons):
Essa é a semi-reação de oxidação balanceada.
Passo 4
Agora igualar o número de elétrons trocados para somar as duas semi-reações. A redução usa
por
; a oxidação libera
por
. O mínimo múltiplo comum de
e
é
.
- Multiplico a semi-reação de redução por
(ficam ). - Multiplico a semi-reação de oxidação por
(ficam ).
Semi-reação de redução multiplicada por
:
Semi-reação de oxidação multiplicada por
:
Somando as duas (os
se cancelam):
Passo 5
Simplificar a equação resultante cancelando espécies iguais em ambos os lados (aqui aparecem
dos dois lados).
- Subtrai-se
de ambos os lados: à esquerda .
Resultado iônico simplificado:
Passo 6
Voltar para a forma molecular incluindo os cátions potássio que acompanham o permanganato (cada
vem de um
).
- Substituindo
por e adicionando em produtos (espécies espectadores já aparecendo como íons), obtemos a equação molecular balanceada:
Essa é a equação balanceada em meio ácido na forma molecular/ iônica mista.
Passo 7
Agora parte (b): calcular a massa mínima de
necessária para reagir com
de
.
- Calcular número de mols de
:
- Massa molar aproximada:
. - Moles de
:
Passo 8
Usar a estequiometria da equação balanceada:
- Relação molar:
consome . Logo, por 1 mol de consome mol de . - Moles de
necessários:
Passo 9
Calcular a massa correspondente de
:
- Massa molar
. - Massa:
(Interpretação: é a massa mínima de peróxido puro necessária para reagir com
de
.)
Passo 10
Parte (c): volume de
produzido nas CNTP.
- Estequiometria para O2: da equação balanceada,
produzem . Assim, por 1 mol de gera mol de . - Moles de
gerados com : - Volume nas CNTP usando volume molar
: - Convertendo para mililitros:
.
Resposta
(a)
(b)
(c) (ou
de
nas CNTP)
(c)