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].
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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:
- 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.
- Se agregó otra [matemática] K_ {2} O_ {4} [/ matemática] para que cada reactivo se pueda emparejar con el suyo.
- 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.
- Vuelva a agregar los compuestos eliminados para equilibrar la reacción neta.