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Reazioni di ossidoriduzione: esercizi

  |   Chimica, Stechiometria

Le reazioni  di ossidoriduzione sono reazioni in cui una specie si ossida perdendo elettroni e una si riduce acquistando elettroni. Affinché le reazioni di ossidoriduzione siano bilanciate è necessario che il numero di elettroni persi da una specie sia uguale al numero di elettroni acquistati dall’altra. Le reazioni di ossidoriduzione sono spontanee se il potenziale della reazione è maggiore di zero

Regole

Le reazioni  di ossidoriduzione possono essere bilanciate con il metodo delle semireazioni seguendo, 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 OHquanti 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 reazioni di ossidoriduzione bilanciate 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

Esercizi

Bilanciare le seguenti reazioni di ossidoriduzione in ambiente acido:

  • H2O2 + Cr2O72- → O2 + Cr3+

Le due semireazioni sono:

H2O2 → O2

Cr2O72- → Cr3+

Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:

H2O2 → O2

Cr2O72- → 2 Cr3+

Nella seconda semireazione è necessario aggiungere 7 molecola di acqua a destra:

H2O2 → O2

Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O

Si devono aggiungere 2 H+ a destra nella prima semireazione e 14 H+ a sinistra nella seconda semireazione

H2O2 → O2 + 2 H+

14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O

Nella prima semireazione sono presenti due cariche positive a destra che vanno bilanciate con due cariche negative. Nella seconda semireazione vi sono 12 cariche positive a sinistra e sei a destra quindi si devono aggiungere 6 elettroni a sinistra:

H2O2 → O2 + 2 H++ 2 e

6 e+14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O

Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 3

3 H2O2 → 3 O2 + 6 H++ 6 e

6 e+14 H+ + Cr2O72- → 2 Cr3+ + 7 H2O

Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri così come si fa in un’equazione di 1° grado. Si ha:

3 H2O2 +8 H+ + Cr2O72- → 3 O2 + 2 Cr3+ + 7 H2O

Si noti che, grazie a questo metodo, per il bilanciamento della reazione non è stato necessario calcolare i numeri di ossidazione delle specie interessate che poteva essere difficoltoso dal momento che in H2O2 il numero di ossidazione dell’ossigeno è -1 in quanto il composto è un perossido. Infatti le reazioni redox bilanciate con il metodo del numero di ossidazione richiedono la determinazione dei numeri di ossidazione delle singole specie

  • TeO32- + N2O4 → Te + NO3

Le due semireazioni sono:

TeO32-Te

N2O4NO3
Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:

TeO32- → Te

N2O4 → 2 NO3

Nella prima semireazione è necessario aggiungere 3 molecole di acqua a destra e nella seconda semireazione 2 molecole di acqua a sinistra:

TeO32- → Te + 3 H2O

2 H2O + N2O4 → 2 NO3

Nella prima semireazione si aggiungono 6 H+ a sinistra e nella seconda 4 H+ a destra:

6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O

2 H2O + N2O4 → 2 NO3 + 4 H+

Nella prima semireazione sono presenti 4 cariche positive a sinistra quindi si devono aggiungere 4 elettroni. Nella seconda semireazione sono presenti 2 cariche positive a destra quindi si devono aggiungere 2 elettroni:

4 e + 6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O

2 H2O + N2O4 → 2 NO3 + 4 H+ + 2 e

Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la seconda semireazione per 2

4 e + 6 H+ + TeO32- → Te + 3 H2O

4 H2O +2 N2O4 → 4 NO3 + 8 H+ + 4 e

Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:

TeO32- + 2 N2O4 + H2O → Te + 4 NO3 + 2 H+

 

  • PbO2 + I2 → Pb2+ + IO3

Le due semireazioni sono:

PbO2 → Pb2+

I2 → IO3

Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:

PbO2 → Pb2+

I2 → 2 IO3

Nella prima semireazione è necessario aggiungere 2 molecole di acqua a destra e nella seconda semireazione 6 molecole di acqua a sinistra:

PbO2 → Pb2+ + 2 H2O

6 H2O + I2 → 2 IO3

Nella prima semireazione si aggiungono 4 H+ a sinistra e nella seconda 12 H+ a destra:

4 H+ + PbO2 → Pb2+ + 2 H2O

6 H2O + I2 → 2 IO3 + 12 H+

Nella prima semireazione sono presenti 4 cariche positive a sinistra e 2 a destra quindi si aggiungono 2 elettroni a sinistra. Nella seconda semireazione sono presenti 10 cariche positive a destra quindi si aggiungono 10 elettroni.

2 e + 4 H+ + PbO2 → Pb2+ + 2 H2O

6 H2O + I2 → 2 IO3 + 12 H+ + 10 e

Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 5:

10 e + 20 H+ + 5 PbO2 →5 Pb2+ + 10 H2O

6 H2O + I2 → 2 IO3 + 12 H+ + 10 e

Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:

8 H+ + 5 PbO2 + I2 → 5 Pb2+ + 2 IO3 + 4 H2O

 

  • ReO4 + IO → Re + IO3

Le due semireazioni sono:

ReO4 → Re

IO → IO3

La massa è bilanciata in entrambe le semireazioni quindi si aggiungono 4 molecole di acqua a destra nella prima semireazione e 2 molecole di acqua a sinistra nella seconda semireazione:

ReO4 → Re + 4 H2O

2 H2O + IO → IO3

Nella prima semireazione si aggiungono 8 H+ a sinistra e nella seconda 4 H+ a destra:

8 H+ + ReO4 → Re + 4 H2O

2 H2O + IO → IO3 + 4 H+

Nella prima semireazione sono presenti 7 cariche positive a sinistra quindi si aggiungono 7 elettroni. Nella seconda semireazione è presente una carica negativa a sinistra e 3 cariche positive a destra quindi si aggiungono 4 elettroni a destra.

7 e +8 H+ + ReO4 → Re + 4 H2O

2 H2O + IO → IO3 + 4 H+ + 4 e

Affinché il numero di elettroni scambiati sia uguale si moltiplica la prima semireazione per 4 e la seconda per 7:

28 e + 32 H+ +4 ReO4 → 4 Re + 16 H2O

14 H2O + 7 IO →7 IO3 + 28 H+ + 28 e

Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:

4 H+ + 4 ReO4 + 7 IO → 4 Re + 7 IO3 + 2 H2O