6 esercizi sulle redox

Si propongono esercizi sulle redox relativi al loro bilanciamento con il metodo delle semireazioni. Esso prevede, se le reazioni sono proposte in forma molecolare, di eliminare gli ioni spettatori ovvero quegli ioni che, nel corso della reazione non subiscono né riduzione né ossidazione. Gli esercizi sulle redox possono essere proposti indicando le specie presenti nella reazione in forma ionica o in forma molecolare

Per svolgere gli esercizi sulle redox si devono poi seguire, rigorosamente in sequenza, i seguenti passaggi:

Separare la reazione in due semireazioni
Bilanciare la massa
Aggiungere ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua
Aggiungere idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
Contare la carica netta a sinistra e a destra di ciascuna semireazione e aggiungere elettroni dal lato dove mancano

Se la reazione avviene in ambiente basico, aggiungere a sinistra e a destra di ogni semireazione, tanti OH^–quanti sono gli H⁺ che sono presenti nella semireazione. Combinare H⁺ e OH^– (ricordando che H⁺ + OH^– → H₂O) e semplificare con eventuali altre molecole di acqua presenti. A questo punto si dispone di due semireazioni, ognuna delle quali è bilanciata in cui, tuttavia compaiono elettroni sulla sinistra di una e sulla destra dell’altra.

Per ottenere il bilanciamento e risolvere gli esercizi sulle redox  bisogna moltiplicare ciascuna semireazione per un opportuno coefficiente tale che quando le due semireazioni sono sommate gli elettroni si semplificano.

Sommare membro a membro le due semireazioni e semplificare

Gli esercizi proposti sulle redox sono in ordine di difficoltà crescente

Esercizi sulle redox in forma molecolare

Vengono svolti esercizi sulle redox in forma molecolare.

C + H₂SO₄ → CO₂ + SO₂ + H₂O

Le due semireazioni sono:
C → CO₂
H₂SO₄ → SO₂

Le masse sono già bilanciate pertanto si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:
C + 2 H₂O → CO₂
H₂SO₄ → SO₂ + 2 H₂O

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺

C + 2 H₂O → CO₂ + 4 H⁺
2 H⁺+ H₂SO₄ → SO₂ + 2 H₂O

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano

C + 2 H₂O → CO₂ + 4 H⁺ + 4 e^–
2 e^–+2 H⁺+ H₂SO₄ → SO₂ + 2 H₂O

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la seconda semireazione per 2:
C + 2 H₂O → CO₂ + 4 H⁺ + 4 e^–
4 e^–+ 4 H⁺+ 2 H₂SO₄ →2 SO₂ + 4 H₂O

Si sommano membro a membro le due semireazioni e si semplifica:
C + 2 H₂SO₄ →  CO₂ + 2 SO₂ + 2 H₂O

HNO₃ + HI → NO + I₂ + H₂O

Le due semireazioni sono:
HNO₃ → NO
HI →  I₂

Si bilancia la massa nella seconda semireazione:
HNO₃ → NO
2 HI →  I₂

Si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:
HNO₃ → NO + 2 H₂O
2 HI →  I₂

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
3 H⁺ + HNO₃ → NO + 2 H₂O
2 HI →  I₂ + 2 H⁺

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano:
3 e^–+ 3 H⁺ + HNO₃ → NO + 2 H₂O
2 HI →  I₂ + 2 H⁺ + 2 e^–

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la prima semireazione per 2 e la seconda semireazione per 3:
6 e^–+ 6 H⁺ +2 HNO₃ → 2 NO + 4 H₂O
6 HI →  3 I₂ + 6 H⁺ + 6 e^–

Si sommano membro a membro le due semireazioni e si semplifica:
2 HNO₃ + 6 HI → 2 NO + 3 I₂ + 4 H₂O

Esercizi sulle redox in forma ionica

Zn + NO₃^– → Zn²⁺ + NH₄⁺

Le due semireazioni sono:
Zn → Zn²⁺
NO₃^– → NH₄⁺

Si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:
Zn → Zn²⁺
NO₃^– → NH₄⁺ + 3 H₂O

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
Zn → Zn²⁺
NO₃^– + 10 H⁺ → NH₄⁺ + 3 H₂O

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano:
Zn → Zn²⁺ + 2 e^–
8 e^–+ NO₃^– + 10 H⁺ → NH₄⁺ + 3 H₂O

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la prima semireazione per 4
4 Zn → 4 Zn²⁺ + 8 e^–
8 e^–+ NO₃^– + 10 H⁺ → NH₄⁺ + 3 H₂O

Si sommano membro a membro le due semireazioni e si semplifica:
4 Zn +  NO₃^– + 10 H⁺ → 4 Zn²⁺+   NH₄⁺ + 3 H₂O

H₃PO₂ + Cr₂O₇^2- → H₃PO₄ + Cr³⁺

Le due semireazioni sono:
H₃PO₂ → H₃PO₄
Cr₂O₇^2- → Cr³⁺

Si bilancia la massa nella seconda semireazione:
H₃PO₂ → H₃PO₄
Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺

Si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:
2 H₂O+  H₃PO₂ → H₃PO₄
Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
2 H₂O+  H₃PO₂ → H₃PO₄ + 4 H⁺
14 H⁺ + Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano:
2 H₂O+  H₃PO₂ → H₃PO₄ + 4 H⁺ + 4 e^–
6 e^–+ 14 H⁺ + Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la prima semireazione per 3 e la seconda per 2:
6 H₂O+  3 H₃PO₂ → 3 H₃PO₄ + 12 H⁺ + 12 e^–
12 e^–+ 28 H⁺ + 2 Cr₂O₇^2- → 4 Cr³⁺ + 14 H₂O

Si sommano membro a membro le due semireazioni e si semplifica:
16 H⁺+ 3 H₃PO₂ + 2 Cr₂O₇^2- → 3 H₃PO₄ + 4 Cr³⁺ + 8 H₂O

Esercizi sulle redox con ioni spettatori

Per svolgere gli esercizi sulle redox in cui sono presenti ioni spettatori ovvero ioni che non variano il proprio numero di ossidazione conviene eliminarli prima di eseguire tutti i passaggi previsti e poi inserirli nuovamente dopo che la reazione è stata bilanciata

KI + KNO₂ + H₂SO₄ → I₂ + NO + K₂SO₄ + H₂O

In questa reazione il potassio non varia il suo numero di ossidazione pertanto si scrivono le due semireazioni individuando le specie che si ossidano e si riducono e eliminando, dove compare, lo ione potassio:
I^– → I₂
NO₂^– → NO

Si bilancia la massa nella prima semireazione:
2 I^– → I₂
NO₂^– → NO

Si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:
2 I^– → I₂
NO₂^– → NO + H₂O

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
2 I^– → I₂
2 H⁺ + NO₂^– → NO + H₂O

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano:
2 I^– → I₂ + 2 e^–
1 e^– + 2 H⁺ + NO₂^– → NO + H₂O

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la seconda semireazione per 2:
2 I^– → I₂ + 2 e^–
2 e^– + 4 H⁺ + 2 NO₂^– → 2 NO + 2 H₂O

Si somma membro a membro semplificando gli elettroni:
2 I^– + 2 NO₂^– + 4 H⁺  → I₂ + 2 NO + 2 H₂O
Si introducono gli ioni K⁺:
2 KI + 2 KNO₂ + 4 H⁺ → I₂ + 2 NO + 2 H₂O

A sinistra vi sono 4 ioni H⁺ che derivano dall’acido solforico H₂SO₄ e pertanto vengono sostituiti da 2 H₂SO₄:

2 KI + 2 KNO₂ + 2 H₂SO₄ → I₂ + 2 NO + 2 H₂O
a sinistra vi sono 2 + 2 = 4 ioni K⁺  e 2 SO₄^2- che non sono presenti a destra pertanto a destra si mettono 2 molecole di K₂SO₄ che peraltro erano previste nella traccia:
2 KI + 2 KNO₂ + 2 H₂SO₄ → I₂ + 2 NO + 2 H₂O +2 K₂SO₄

KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + H₂O + KCl

In questa reazione lo ione K⁺ è uno spettatore. A sinistra c’è il cloro con numero di ossidazione – 1 che mantiene a destra in MnCl₂ e in KCl mentre ha numero di ossidazione 0 in Cl₂. Pertanto si scrivono le due semireazioni omettendo K⁺ e Cl^– nelle specie in cui mantiene il numero di ossidazione -1. Le due semireazioni sono quindi:
MnO₄^– → Mn²⁺
HCl → Cl₂

Si bilancia la massa nella seconda semireazione:
MnO₄^– → Mn²⁺
2 HCl → Cl₂
Si aggiunge ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua:

MnO₄^– → Mn²⁺ + 4 H₂O
2 HCl → Cl₂

Si aggiunge idrogeno, dove è mancante, sotto forma di H⁺
8 H⁺ + MnO₄^– → Mn²⁺ + 4 H₂O
2 HCl → Cl₂ + 2 H⁺

Si aggiungono elettroni dal lato dove mancano:
5 e^– + 8 H⁺ + MnO₄^– → Mn²⁺ + 4 H₂O
2 HCl → Cl₂ + 2 H⁺ + 2 e^–

Affinché gli elettroni scambiati siano uguali si moltiplica la prima semireazione per 2 e la seconda semireazione per 5:
10 e^– + 16 H⁺ + 2 MnO₄^– → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O
10 HCl → 5 Cl₂ + 10 H⁺ + 10 e^–

Si sommano membro a membro le due semireazioni e si semplifica:
2 MnO₄^– + 10 HCl + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 Cl₂ + 8 H₂O

Si introduce lo ione K⁺ in MnO₄^– e Cl^– in Mn²⁺:

2 KMnO₄ + 10 HCl + 6 H⁺ → 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O
A sinistra vi sono 2 K che non compaiono a destra e che, nella traccia, sono presenti sotto forma di KCl quindi si aggiungono a destra 2 KCl:
2 KMnO₄ + 10 HCl + 6 H⁺ → 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

A destra vi sono 4 + 10 + 2 = 16 Cl mentre a sinistra ve ne sono solo 10 e pertanto se ne devono aggiungere altri 6 sotto forma di HCl eliminando quindi 6 H⁺:
2 KMnO₄ + 10 HCl + 6 HCl → 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

Si somma 10 HCl con 6 HCl e si ha:
2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 2 KCl + 8 H₂O