Reazione di disproporzione: esercizi svolti

In una reazione di disproporzione una sola specie chimica si ossida e si riduce portando alla formazione di due specie chimiche diverse contenente lo stesso elemento con numero di ossidazione diverso. Il bilanciamento di una reazione di disproporzione può essere effettuato sia con il metodo della variazione del numero di ossidazione che con il metodo delle semireazioni.

Quest’ultimo appare il metodo più semplice.

Si possono presentare due casi:

1)      Le specie sono già scritte in forma ionica

2)      Le specie sono scritte in forma molecolare

In quest’ultimo caso la reazione deve essere scritta in forma ionica tenendo presenti le seguenti regole:

Regole per trasformare le reazioni redox in forma ionica le reazioni redox molecolari

1) Applicare i numeri di ossidazione agli elementi che costituiscono i reagenti e i prodotti

2) Prendere nota delle molecole in cui cambiano i numeri di ossidazione

3) Dissociare in ioni solo tali molecole

4) Osservare se la reazione avviene in ambiente acido ( H⁺ ), basico (OH^–) o in ambiente neutro

5) Scrivere la reazione in forma ionica netta

In tale reazione compaiono solamente:

a) Gli ioni o le molecole indissociate, in cui un elemento cambia il suo numero di ossidazione

b) H⁺ , OH^– oppure H₂O tra i reagenti a seconda dell’ambiente di reazione

c) H₂O, oppure H⁺ oppure OH^– tra i prodotti di reazione per il bilanciamento globale delle cariche.

Una volta ottenuta la reazione in forma ionica essa viene bilanciata seguendo, rigorosamente in sequenza i seguenti passaggi:

1)     Separare le reazione in due semireazioni

2)     Bilanciare la massa

3)     Aggiungere ossigeno, dove è mancante, sotto forma di acqua

4)     Aggiungere idrogeno , dove è mancante, sotto forma di H⁺

5)     Contare la carica netta a sinistra e a destra di ciascuna semireazione e aggiungere elettroni dal lato dove mancano

6)     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 bisogna:

a) moltiplicare ciascuna semireazione per un opportuno coefficiente tale che quando le due semireazioni sono sommate gli elettroni si semplificano.

b) sommare membro a membro le due semireazioni: trattandosi di una reazione di disproporzione in entrambe le semireazioni compare la stessa specie a sinistra di cui vanno sommati i coefficienti stechiometrici

Esercizi svolti:

1.Bilanciare la seguente reazione di disproporzione:

NaOH + S →Na₂S₂O₃ + Na₂S + H₂O

Lo zolfo dà luogo alla reazione di dismutazione in ambiente basico stante la presenza di NaOH

La reazione in forma ionica netta è:

OH^– + S → S₂O₃^2- + S^2- + H₂O

Le due semireazioni sono:

S → S₂O₃^2-

S → S^2-

Passiamo al bilanciamento delle due semireazioni tenendo conto che nella prima, comparendo un atomo di zolfo a sinistra e due a destra va bilanciata la massa anteponendo il coefficiente 2 davanti a S:

2 S → S₂O₃^2-

S → S^2-

Aggiungiamo ossigeno dove è mancante sotto forma di acqua: nella prima semireazione compaiono tre atomi di ossigeno a destra quindi aggiungiamo tre molecole di acqua a sinistra:

3 H₂O +2 S → S₂O₃^2-

S → S^2-

Aggiungiamo idrogeno dove è mancante sotto forma di H⁺: nella prima semireazione vi sono 3 x 2 = 6 atomi di idrogeno a sinistra per cui altrettanti ne aggiungiamo a destra:

3 H₂O +2 S → S₂O₃^2- + 6 H⁺

S → S^2-

Nella prima semireazione la carica netta a sinistra vale zero, mentre a destra vi sono 2 cariche negative e sei cariche positive: totale 4 positive a destra pertanto dobbiamo aggiungere 4 elettroni a destra

Nella seconda semireazione la carica netta a sinistra vale zero, mentre a destra vi sono 2 cariche negative pertanto di devono aggiungere 2 elettroni a sinistra:

3 H₂O +2 S → S₂O₃^2- + 6 H⁺ + 4 e^–

2 e^– + S → S^2-

Moltiplichiamo la seconda semireazione per due in modo da uguagliare il numero di elettroni scambiati:

3 H₂O +2 S → S₂O₃^2- + 6 H⁺ + 4 e^–

4 e^– +2 S → 2 S^2-

Sommiamo membro a membro:

3 H₂O + 4 S → S₂O₃^2- + 6 H⁺ + 2 S^2-

Dal momento che la reazione avviene in ambiente basico si aggiungono a sinistra e a destra 6 OH^– in modo che a destra vengano eliminati i sei ioni H⁺ in quanto 6 H⁺ + 6 OH^– → 6 H₂O

3 H₂O + 4 S + 6 OH^– → S₂O₃^2- + 6 H₂O + 2 S^2-

semplifichiamo le molecole d’acqua:

4 S + 6 OH^– → S₂O₃^2- + 3 H₂O + 2 S^2-

La reazione è bilanciata e  a questo punto possiamo introdurre gli ioni spettatori e si ha:

4 S + 6 NaOH→ Na₂S₂O₃^2- + 3 H₂O + 2 Na₂S

2.Bilanciare la seguente reazione di disproporzione:

H₃PO₃ → H₃PO₄ + PH₃

Le due semireazioni sono:

H₃PO₃ → H₃PO₄

H₃PO₃ → PH₃

Nella prima semireazione vi sono 3 atomi di ossigeno a sinistra e quattro a destra quindi va aggiunta una molecola di acqua a sinistra; nella seconda semireazione vi sono tra atomi di ossigeno a sinistra e nessuno a destra quindi vanno aggiunte tre molecole di acqua a destra

H₂O + H₃PO₃ → H₃PO₄

H₃PO₃ → PH₃ + 3 H₂O

Nella prima semireazione sono presenti 2 + 3 = 5 atomi di idrogeno a sinistra e solo tra a destra quindi a destra si devono aggiungere due ioni H⁺; nella seconda semireazione vi sono tre atomi di idrogeno a sinistra e 3 + 3(2) = 9 a destra quindi si devono aggiungere a sinistra sei ioni H⁺

H₂O + H₃PO₃ → H₃PO₄ + 2 H⁺

6 H⁺ +  H₃PO₃ → PH₃ + 3 H₂O

Per bilanciare la carica basta aggiungere nella prima semireazione 2 e^– a destra e nella seconda semireazione 6 e^– a sinistra:

H₂O + H₃PO₃ → H₃PO₄ + 2 H⁺ + 2 e^–

6 e^– + 6 H⁺ +  H₃PO₃ → PH₃ + 3 H₂O

Moltiplichiamo la prima  semireazione per tre in modo da uguagliare il numero di elettroni scambiati:

3 H₂O + 3 H₃PO₃ →3  H₃PO₄ + 6 H⁺ + 6 e^–

6 e^– + 6 H⁺ +  H₃PO₃ → PH₃ + 3 H₂O

Sommiamo membro a membro e semplifichiamo:

4 H₃PO₃ →3 H₃PO₄ + PH₃

3. Bilanciare la seguente reazione di disproporzione:

NaOH + Cl₂→ NaCl + NaClO + H₂O

Trasformiamo la reazione in forma ionica:

Cl₂→ Cl^– + ClO^–

Le due semireazioni sono:

Cl₂→ Cl^–

Cl₂→ ClO^–

In entrambe le semireazioni va bilanciata la massa:

Cl₂→  2 Cl^–

Cl₂→ 2 ClO^–

Nella seconda semireazione non vi sono atomi di ossigeno a sinistra mentre ve ne sono due a destra per cui aggiungiamo due molecole di acqua a sinistra:

Cl₂→  2 Cl^–

2 H₂O + Cl₂→ 2 ClO^–

Nella seconda semireazione vi sono quattro atomi di idrogeno a sinistra per cui aggiungiamo a destra quattro ioni H⁺

Cl₂→  2 Cl^–

2 H₂O + Cl₂→ 2 ClO^–  + 4 H⁺

Nella prima semireazione vi sono due cariche negative a destra quindi aggiungiamo 2 e^– a sinistra; nella seconda semireazione vi sono a destra due cariche negative e quattro positive per cui aggiungiamo 2 e^– a destra

2 e^– + Cl₂→  2 Cl^–

2 H₂O + Cl₂→ 2 ClO^–  + 4 H⁺ + 2 e^–

Sommiamo membro a membro:

2 H₂O + 2 Cl₂→ 2 ClO^–  + 2 Cl^– + 4 H⁺

Dividiamo per due :

H₂O +  Cl₂→  ClO^–  +  Cl^– + 2 H⁺

Poiché la reazione avviene in ambiente basico aggiungiamo a destra e a sinistra 2 OH^– ( teniamo conto che 2 H⁺ + 2 OH^– = 2 H₂O ) e semplifichiamo:

Cl₂ + 2 OH^– →  ClO^–  +  Cl^– +  H₂O