Bilanciamento redox in ambiente basico

Per bilanciare una reazione redox in ambiente basico si può usare il metodo delle semireazioni che prevede, come primo passaggio, l’eliminazione di eventuali ioni spettatori ovvero di quelle specie che non variano il numero di ossidazione nel corso della reazione.

Vanno poi seguiti 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
• 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
• 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.

Quest’ultimo punto può essere anticipato tra il sesto e il settimo punto

Esercizi

Bilanciare le seguenti reazioni in ambiente basico:

• NO₃^– + Zn → NH₃ + ZnO₂^2-

Le due semireazioni sono:

NO₃^–  → NH₃

Zn → ZnO₂^2-

Si aggiunge l’ossigeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

NO₃^–  → NH₃ + 3 H₂O

Zn + 2 H₂O → ZnO₂^2-

Si aggiunge l’idrogeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

NO₃^–  + 9 H⁺ → NH₃ + 3 H₂O

Zn + 2 H₂O → ZnO₂^2- + 4 H⁺

Nella prima semireazione la carica netta a sinistra è +8 mentre nella seconda a destra +2.  Si aggiungono gli elettroni:

NO₃^–  + 9 H⁺ + 8 e^– → NH₃ + 3 H₂O

Zn + 2 H₂O → ZnO₂^2- + 4 H⁺ + 2 e^–

Si moltiplica la seconda semireazione per 4 in modo che gli elettroni scambiati siano 8

NO₃^–  + 9 H⁺ + 8 e^– → NH₃ + 3 H₂O

4 Zn + 8 H₂O → 4 ZnO₂^2- + 16 H⁺ + 8 e^–

Si somma membro a membro e si semplifica:

NO₃^–  + 4 Zn + 5 H₂O → NH₃ + 4 ZnO₂^2- + 7 H⁺

Si aggiungono 7 OH^– a sinistra e a destra (7 H⁺ + 7 OH^– = 7 H₂O) e si semplifica l’acqua:

NO₃^–  + 4 Zn + 7 OH^– → NH₃ + 4 ZnO₂^2- + 2 H₂O

• Ni(OH)₂ + N₂H₄ → Ni + N₂

Le due semireazioni sono:

Ni(OH)₂ → Ni

N₂H₄  → N₂

Si aggiunge l’ossigeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

Ni(OH)₂ → Ni + 2 H₂O

N₂H₄  → N₂

Si aggiunge l’idrogeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

Ni(OH)₂ + 2 H⁺ → Ni + 2 H₂O

N₂H₄  → N₂ + 4 H⁺

Nella prima semireazione la carica netta a sinistra è +2 mentre nella seconda a destra +4.  Si aggiungono gli elettroni

Ni(OH)₂ + 2 H⁺ + 2 e^– → Ni + 2 H₂O

N₂H₄  → N₂ + 4 H⁺ + 4 e^–

Si moltiplica la prima semireazione per 2 in modo che gli elettroni scambiati siano 4

2 Ni(OH)₂ + 4 H⁺ + 4 e^– →2  Ni + 4 H₂O

N₂H₄  → N₂ + 4 H⁺ + 4 e^–

Si somma membro a membro e si semplifica:

2 Ni(OH)₂ + N₂H₄  → 2  Ni + N₂ + 4 H₂O

• IO₃^– + I^– → I₂

Questa è una reazione di comproporzione in cui vi sono due reagenti e un unico prodotto ovvero lo iodio una volta si riduce e un’altra si ossida. Per bilanciare la reazione si seguono le stesse regole indicate ponendo come prodotto, in entrambe le semireazioni I₂ pertanto le due semireazioni sono:

IO₃^– → I₂

I-→ I₂

Si bilancia la massa:

2 IO₃^– → I₂

2 I-→ I₂

Si aggiunge l’ossigeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

2 IO₃^– → I₂ + 6 H₂O

2 I- → I₂

Si aggiunge l’idrogeno dove è mancante e le due semireazioni diventano:

2 IO₃^– + 12 H⁺ → I₂ + 6 H₂O

2 I- → I₂

Nella prima semireazione la carica netta a sinistra è +10 mentre nella seconda a sinistra è -2.  Si aggiungono gli elettroni

2 IO₃^– + 12 H⁺ + 10 e^– → I₂ + 6 H₂O

2 I- → I₂ + 2 e^–

Si moltiplica la seconda semireazione per 5 in modo che gli elettroni scambiati siano 10

2 IO₃^– + 12 H⁺ + 10 e^– → I₂ + 6 H₂O

10 I- → 5 I₂ + 10 e^–

Si somma membro a membro e si semplifica:

2 IO₃^– + 12 H⁺ + 10 I-  → 6 I₂ + 6 H₂O

Si aggiungono 12 OH^– a sinistra e a destra (12 H⁺ + 12 OH^– = 12 H₂O) e si semplifica l’acqua:

2 IO₃^– + 6 H₂O + 10 I^–  → 6 I₂ + 12 OH^–

Come spesso avviene nelle reazioni di disproporzione e in quelle di comproporzione in ambiente basico la reazione bilanciata, sia pure esatta, non è ridotta ai termini minimi. Occorre quindi dividere per due ambo i membri:

IO₃^– + 3 H₂O + 5 I^–  → 3 I₂ + 6 OH^–