Esercizi sulle reazioni redox

Le reazioni di ossidoriduzione sono reazioni in cui una specie si ossida perdendo elettroni e una si riduce acquistando elettroni. Affinché una reazione sia bilanciata è necessario che il numero di elettroni persi da una specie sia uguale al numero di elettroni acquistati dall’altra.

Regole

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 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 una reazione bilanciata 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 in ambiente acido:

• H₂O₂ + Cr₂O₇^2- → O₂ + Cr³⁺

Le due semireazioni sono:

H₂O₂ → O₂

Cr₂O₇^2- → Cr³⁺

Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:

H₂O₂ → O₂

Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺

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

H₂O₂ → O₂

Cr₂O₇^2- → 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⁺ + Cr₂O₇^2- → 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⁺ + Cr₂O₇^2- → 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⁺ + Cr₂O₇^2- → 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⁺ + Cr₂O₇^2- → 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

• TeO₃^2- + N₂O₄ → Te + NO₃^–

Le due semireazioni sono:

TeO₃^2- → Te

N₂O₄ → NO₃^–

Per la seconda semireazione è necessario bilanciare la massa:

TeO₃^2- → 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:

TeO₃^2- → 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⁺ + TeO₃^2- → 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⁺ + TeO₃^2- → 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⁺ + TeO₃^2- → Te + 3 H₂O

4 H₂O +2 N₂O₄ → 4 NO₃^– + 8 H⁺ + 4 e^–