Problema di esempio di reazione Redox dell'equilibrio

Nel bilanciare le reazioni redox, la carica elettronica complessiva deve essere bilanciata in aggiunta ai normali rapporti molari dei reagenti e dei prodotti componenti. Questo problema di esempio illustra come utilizzare il metodo della semi-reazione per bilanciare una reazione redox in una soluzione.

Domanda

Bilancia la seguente reazione redox in una soluzione acida:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO (g)

Soluzione

Passaggio 1: identificare ciò che viene ossidato e ciò che viene ridotto.

Per identificare quali atomi vengono ridotti o ossidati, assegnare gli stati di ossidazione a ciascun atomo della reazione.

Per la revisione:

1. Regole per l'assegnazione degli stati di ossidazione
2. Assegnazione degli stati di ossidazione Esempio di problema
3. Problema di esempio di reazione di ossidazione e riduzione

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• NO (g): N = +2, O = -2

Cu è passato dallo stato di ossidazione da 0 a +2, perdendo due elettroni. Il rame viene ossidato da questa reazione.
N è passato dallo stato di ossidazione da +5 a +2, ottenendo tre elettroni. L'azoto è ridotto da questa reazione.

Passaggio 2: suddividere la reazione in due semireazioni: ossidazione e riduzione.

Ossidazione: Cu → Cu²⁺

Riduzione: HNO₃ → NO

Passaggio 3: bilanciare ogni semireazione mediante stechiometria e carica elettronica.

Ciò si ottiene aggiungendo sostanze alla reazione. L'unica regola è che le uniche sostanze che è possibile aggiungere devono essere già nella soluzione. Questi includono l'acqua (H₂O), H⁺ ioni (in soluzioni acide), OH^- ioni (in soluzioni di base) ed elettroni.

Inizia con la semi-reazione di ossidazione:

La semi-reazione è già bilanciata atomicamente. Per bilanciare elettronicamente, è necessario aggiungere due elettroni al lato del prodotto.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Ora, bilanciare la reazione di riduzione.

Questa reazione richiede più lavoro. Il primo passo è bilanciare tutti gli atomi tranne ossigeno e idrogeno.

HNO₃ → NO

C'è solo un atomo di azoto su entrambi i lati, quindi l'azoto è già bilanciato.

Il secondo passo è bilanciare gli atomi di ossigeno. Questo viene fatto aggiungendo acqua al lato che necessita di più ossigeno. In questo caso, il lato reagente ha tre ossigeni e il lato prodotto ha un solo ossigeno. Aggiungi due molecole d'acqua sul lato del prodotto.

HNO₃ → NO + 2 H₂O

Il terzo passo è bilanciare gli atomi di idrogeno. Questo si ottiene aggiungendo H⁺ ioni al lato che ha bisogno di più idrogeno. Il lato reagente ha un atomo di idrogeno mentre il lato prodotto ne ha quattro. Aggiungi 3 ore⁺ ioni sul lato reagente.

HNO₃ + 3 ore⁺ → NO + 2 H₂O

L'equazione è bilanciata atomicamente, ma non elettricamente. Il passo finale è bilanciare la carica aggiungendo elettroni al lato più positivo della reazione. Uno sul lato reagente, la carica complessiva è +3, mentre il lato prodotto è neutro. Per contrastare la carica +3, aggiungi tre elettroni sul lato reagente.

HNO₃ + 3 ore⁺ + 3 e^- → NO + 2 H₂O

Ora la mezza equazione di riduzione è bilanciata.

Passaggio 4: equalizzare il trasferimento di elettroni.

Nelle reazioni redox, il numero di elettroni ottenuti deve essere uguale al numero di elettroni persi. Per fare ciò, ogni reazione viene moltiplicata per numeri interi per contenere lo stesso numero di elettroni.

La semireazione di ossidazione ha due elettroni mentre la semireazione di riduzione ha tre elettroni. Il minimo comune denominatore tra loro è sei elettroni. Moltiplicare la semireazione di ossidazione per 3 e la semireazione di riduzione per 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 ore⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

Passaggio 5: ricombinare le mezze reazioni.

Ciò si ottiene sommando le due reazioni. Una volta aggiunti, annulla tutto ciò che appare su entrambi i lati della reazione.

   3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 ore⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O + 6 e^-

Entrambe le parti hanno sei elettroni che possono essere cancellati.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 ore⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

La completa reazione redox è ora bilanciata.

Risposta

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 ore⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Riassumere:

1. Identificare i componenti di ossidazione e riduzione della reazione.
2. Separare la reazione nella semireazione di ossidazione e nella semireazione di riduzione.
3. Equilibrare ogni semireazione sia atomicamente che elettronicamente.
4. Equalizza il trasferimento di elettroni tra le mezze equazioni di ossidazione e riduzione.
5. Ricombina le semireazioni per formare la reazione redox completa.