[matemática] KMnO_ {4} + H_ {2} SO_ {4} + KCl \ rightarrow MnSO_ {4} + K_ {2} O_ {4} + H_ {2} O + Cl_ {2} [/ math]. ¿Cómo puedo equilibrar esta ecuación usando el método de electrones iónicos?

El equilibrio de estas reacciones redox requiere que cree una transferencia neta de electrones cero (cuando reduce, se oxida en la misma cantidad). Determinamos las transferencias parciales de electrones (reducción y oxidación) mediante el uso de números de oxidación , las cargas teóricas de los átomos de un compuesto si el compuesto fuera puramente iónico. Las reglas para determinar los números de oxidación se analizan aquí: Números de oxidación

Con ese conocimiento, veamos la reacción en cuestión:

[matemáticas] KMnO_ {4} + H_ {2} SO_ {4} + KCl \ rightarrow MnSO_ {4} + K_ {2} O_ {4} + H_ {2} O + Cl_ {2} [/ matemáticas]

Razonamiento de izquierda a derecha … en [matemáticas] KMnO_ {4} [/ matemáticas]: [matemáticas] Mn [/ matemáticas] es un metal de transición, por lo que su número de oxidación tiene el mayor rango. Por lo tanto, suponemos que [matemáticas] K [/ matemáticas] y [matemáticas] O [/ matemáticas] tienen sus números de oxidación típicos de [matemáticas] +1 [/ matemáticas] y [matemáticas] -2 [/ matemáticas], respectivamente, solo ya que sus cargas estarían en un compuesto iónico. Para equilibrar la carga, [math] Mn [/ math] debe tener un estado de oxidación de [math] +7 [/ math]. Del mismo modo, para [matemática] H_ {2} SO_ {4} [/ matemática], la altamente electronegativa [matemática] O ^ {2 -} [/ matemática] en el oxianión [matemática] SO_ {4} ^ {2-} [/ math] obliga a [math] S [/ math] a tomar un número de oxidación de [math] + [/ math] [math] 6 [/ math].

Continuando, [math] KCl [/ math] es un compuesto iónico, por lo que los números de oxidación son las cargas basadas en sus electrones de valencia: [math] K ^ {+} Cl ^ {-} [/ math]. En [matemática] MnSO_ {4} [/ matemática], [matemática] S [/ matemática] una vez más es [matemática] +6 [/ matemática], dejando [matemática] Mn [/ matemática] con [matemática] +2 [ /matemáticas]. [matemáticas] K_ {2} O_ {4} [/ matemáticas] es atípico; [math] O [/ math] presumiblemente toma su valor habitual de [math] -2 [/ math], dejando [math] K [/ math] con [math] +4 [/ math]. [matemática] H_ {2} O [/ matemática] es, por supuesto, [matemática] +1 [/ matemática] para [matemática] H [/ matemática] y [matemática] -2 [/ matemática] para [matemática] O [/matemáticas]. [math] Cl_ {2} [/ math] es un elemento diatómico, por lo que cada [math] Cl [/ math] es [math] 0 [/ math].

Bien, ahora conocemos todos los números de oxidación. Observe que [math] H [/ math], [math] S [/ math] y [math] O [/ math] nunca cambian los estados de oxidación, por lo que podemos ignorar cualquier compuesto que contenga solo esos elementos mientras equilibramos las transferencias electrónicas :

[matemáticas] KMnO_ {4} + KCl \ rightarrow MnSO_ {4} + K_ {2} O_ {4} + Cl_ {2} [/ matemáticas]

Dividamos esto en dos reacciones parciales, una para cada reactivo. Tenga en cuenta que existe el producto [math] K_ {2} O_ {4} [/ math] para ambos reactivos.

[matemáticas] KMnO_ {4} \ rightarrow MnSO_ {4} + K_ {2} O_ {4} [/ matemáticas]

[matemáticas] KCl \ rightarrow K_ {2} O_ {4} + Cl_ {2} [/ matemáticas]

Balanceando los coeficientes estequiométricos de compuestos que contienen átomos con estados de oxidación cambiantes:

[matemáticas] 2KMnO_ {4} \ rightarrow 2MnSO_ {4} + K_ {2} O_ {4} [/ matemáticas]

[matemáticas] 2KCl \ rightarrow K_ {2} O_ {4} + Cl_ {2} [/ matemáticas]

En la primera reacción, dos [matemática] K [/ matemática] se oxidan de [matemática] +1 [/ matemática] a [matemática] +4 [/ matemática], y dos [matemática] Mn [/ matemática] se reducen de [matemáticas] +7 [/ matemáticas] a [matemáticas] +2 [/ matemáticas]. Teóricamente, los [matemáticos] K [/ matemáticos] pierden seis electrones, y los [matemáticos] Mn [/ matemáticos] ganan diez, por lo que hay una reducción neta de [matemáticos] 4e ^ {-} [/ matemáticos ]

En el segundo, [matemática] 2K [/ matemática] va de [matemática] +1 [/ matemática] a [matemática] +4 [/ matemática], y [matemática] 2Cl [/ matemática] va de [matemática] -1 [/ matemática] a [matemática] 0 [/ matemática]. Oxidación neta de [matemáticas] 8e ^ {-} [/ matemáticas].

Si multiplicamos la primera reacción por dos, la transferencia neta de electrones de la suma de las reacciones es [matemática] 0e ^ {-} [/ matemática] – una reacción redox completa:

[matemáticas] 4KMnO_ {4} + 2KCl \ rightarrow 4MnSO_ {4} + 3K_ {2} O_ {4} + Cl_ {2} [/ matemática]

Ahora necesitamos equilibrar los reactivos típicos de la reacción. Hay cuatro [matemáticas] S [/ matemáticas] a la derecha; [math] 4H_ {2} SO_ {4} [/ math] a la izquierda corrige que:

[matemáticas] 4KMnO_ {4} + 4H_ {2} SO_ {4} + 2KCl \ rightarrow 4MnSO_ {4} + 3K_ {2} O_ {4} + Cl_ {2} [/ math]

Ahora, para los oxígenos. Contando [matemática] O [/ matemática] de izquierda a derecha, tenemos que [matemática] 16 [/ matemática] [matemática] + 16 = 16 + 12 + x [/ matemática], donde [matemática] x [/ matemáticas] es la transferencia neta de oxígeno. Resolviendo, [matemáticas] x = 4 [/ matemáticas]. Agregue [math] 4H_ {2} O [/ math] a la derecha:

[matemáticas] 4KMnO_ {4} + 4H_ {2} SO_ {4} + 2KCl \ rightarrow 4MnSO_ {4} + 3K_ {2} O_ {4} + 4H_ {2} O + Cl_ {2} [/ math]

Finalmente, no deberíamos tener que agregar [matemáticas] H ^ {+} [/ matemáticas] porque eso crearía un cambio neto en la carga, es decir, electrones, pero podemos verificar que: [matemáticas] 8 = 8 + x \ flecha derecha x = 0 [/ matemática]. Así que hemos terminado.

Esta respuesta fue larga, pero tu trabajo de scratch no debería serlo. Probablemente 2–3 líneas. Aquí está el mío:

Mi proceso de pensamiento:

  1. Se dio cuenta de que [math] H_ {2} SO_ {4} [/ math] y [math] H_ {2} O [/ math] no tenían átomos que cambiaran los estados de oxidación, por lo que los borró. Descubrí el resto de los estados de oxidación.
  2. Se agregó otra [matemática] K_ {2} O_ {4} [/ matemática] para que cada reactivo se pueda emparejar con el suyo.
  3. Coeficientes estequiométricos equilibrados de especies reducidas / oxidadas. Descubrí las transferencias de electrones y multipliqué la reacción parcial [matemática] KMnO_ {4} [/ matemática] en consecuencia en la suma de las reacciones.
  4. Vuelva a agregar los compuestos eliminados para equilibrar la reacción neta.

Ha pasado mucho tiempo desde que hice uno de esos, pero encontré esto y podría ayudarlo a descomponerlo bastante rápido y sería un buen complemento para un libro de texto.

Balanceo de reacciones redox por el método ión-electrón