Reazioni di ossidoriduzione: esercizi

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 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 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 + 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. Infatti le reazioni redox bilanciate con il metodo del numero di ossidazione richiedono la determinazione dei numeri di ossidazione delle singole specie

• 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^–

Si somma membro a membro e si semplificano le specie che compaiono da ambo i membri:
TeO₃^2- + 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