REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE: ESERCIZI RISOLTI. Dr. Francesco Musiani

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1 REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE: ESERCIZI RISOLTI Dr. Francesco Musiani Versione aggiornata al

2 Zn (s) + NO 3 - Zn 2+ + NH 4 + Zn (s) Ý Zn 2+ (1) NO Ý NH 4 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è lo zinco che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di zinco a sinistra e un atomo di zinco a destra. Gli atomi di zinco sono già bilanciati. Non ci sono altri atomi, quindi si passa direttamente a bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 2 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Zn (s) Ý Zn e - - Bilanciamento di (2): In questa reazione è l atomo di azoto a cambiare numero di ossidazione. C è un atomo di azoto a sinistra e un atomo di azoto a destra della semireazione. Gli atomi di azoto sono già bilanciati. A sinistra ci sono tre atomi di ossigeno e a destra non ce ne sono, quindi è necessario aggiungere tre atomi di ossigeno a destra sotto forma di 3 molecole d acqua. NO 3 - Ý NH H 2 O A questo punto, a sinistra non ci sono atomi di idrogeno e a destra ci sono 10 atomi di idrogeno. Si bilanciano gli idrogeni aggiungendo 10 ioni H + a sinistra. NO H + Ý NH H 2 O Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. La carica è +9 a sinistra e +1 a destra; quindi si devono aggiungere 8 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. NO H + + 8e - Ý NH H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: Nella prima semireazione sono coinvolti 2 elettroni, mentre nella seconda 8 elettroni. Il minimo comune multiplo di 2 e 1 è 8, quindi si deve moltiplicare la per 4 e la per 1. 4Zn (s) Ý 4Zn e - NO H + + 8e - Ý NH H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 4Zn (s) + NO H + + 8e - 4Zn e - + NH H 2 O 4Zn (s) + NO H + 4Zn 2+ + NH H 2 O

3 Cr 3+ + Cl - Cr (s) + Cl 2 Cr 3+ Ý Cr (s) (1) Cl - Ý Cl 2 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il cromo che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di cromo a sinistra e un atomo di cromo a destra. Gli atomi di cromo sono già bilanciati. Non ci sono altri atomi, quindi si passa direttamente a bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è +3, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 3 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. 3e - + Cr 3+ Ý Cr (s) - Bilanciamento di (2): In questa reazione è l atomo di cloro a cambiare numero di ossidazione. C è un atomo di cloro a sinistra e due atomi di cloro a destra della semireazione, quindi per bilanciare gli atomi di cloro si deve aggiungere un atomo di cloro a sinistra. 2Cl - Ý Cl 2 Non ci sono altri atomi, quindi si passa direttamente a bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è -2, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 2 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. 2Cl - Ý Cl 2 + 2e - - Bilanciamento delle due semireazioni: Nella prima semireazione sono coinvolti 3 elettroni, mentre nella seconda 2 elettroni. Il minimo comune multiplo di 3 e 2 è 6, quindi si deve moltiplicare la per 2 e la per 3. 6e - + 2Cr 3+ Ý 2Cr (s) 6Cl - Ý 3Cl 2 + 6e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 6e - + 2Cr Cl - 2Cr (s) + 3Cl 2 + 6e - 2Cr Cl - 2Cr (s) + 3Cl 2

4 HCl + HNO 3 NO 2 + Cl 2 HCl Ý Cl 2 (1) HNO 3 Ý NO 2 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il cloro che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di cloro a sinistra e due atomi di cloro a destra, quindi occorre aggiungere un atomo di cloro a sinistra. 2HCl Ý Cl 2 Non ci sono atomi di ossigeno, quindi si bilanciano gli atomi di idrogeno. A sinistra ci sono 2 atomi di idrogeno mentre e a destra non ce ne sono. Si bilanciano gli idrogeni aggiungendo 2 ioni H + a destra. 2HCl Ý Cl 2 + 2H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 2 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. 2HCl Ý Cl 2 + 2H + + 2e - - Bilanciamento di (2): In questa reazione è l azoto che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di azoto sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di azoto sono bilanciati. A sinistra ci sono 3 atomi di ossigeno mentre a destra ce ne sono 2, quindi si deve aggiungere 1 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 1 molecole d acqua. HNO 3 Ý NO 2 + H 2 O A destra ci sono 2 atomi di idrogeno e a sinistra uno. Si bilanciano gli idrogeni sommando 1 ione H + a sinistra. H + + HNO 3 Ý NO 2 + H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +1, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi serve 1 elettrone a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. e - + H + + HNO 3 Ý NO 2 + H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 2 elettroni, mentre nella seconda 1. Il minimo comune multiplo di 2 e 1 è 2, quindi si deve moltiplicare la per 1 e la per 2. 2HCl Ý Cl 2 + 2H + + 2e - 2e - + 2H + + 2HNO 3 Ý 2NO 2 + 2H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 2HCl + 2e - + 2H + + 2HNO 3 Cl 2 + 2H + + 2e - + 2NO 2 + 2H 2 O Quindi: 2HCl + 2HNO 3 Cl 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

5 Ag 2 AsO 4 + Zn + H 2 SO 4 AsH 3 + Ag + ZnSO 4 + H 2 O In questo caso sono tre gli elementi che cambiano numero di ossidazione (Ag, As e Zn), occorrerà quindi scrivere tre semireazioni indipendenti: Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 (1) Ag 2 AsO 4 Ý Ag (2) Zn Ý ZnSO 4 (3) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è l arsenico che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di arsenico sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di arsenico sono già bilanciati. I due atomi di argento che si trovano a sinistra devono essere aggiunti anche a destra sotto forma di due ioni Ag +. Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 2Ag + A sinistra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a destra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di ossigeno aggiungendo 4 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 4 molecole di H 2 O. Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 2Ag + + 4H 2 O A destra ci sono 11 atomi di idrogeno e a sinistra nessuno. Si bilanciano gli idrogeni sommando 11 ione H + a sinistra. 11H + + Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 2Ag + + 4H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +11, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 9 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. 9e H + + Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 2Ag + + 4H 2 O - Bilanciamento di (2): In questa reazione è l argento che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di argento sia a sinistra e uno solo a destra, quindi occorre aggiungere un atomo di argento a destra. Ag 2 AsO 4 Ý 2Ag A sinistra c è un atomo di arsenico, mentre a destra non ce ne sono. Si bilancia l atomo di arsenico aggiungendo a destra un gruppo AsO In questo modo anche gli atomi di ossigeno risultano bilanciati. Ag 2 AsO 4 Ý 2Ag + AsO 4 2- Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è -2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. 2e - + Ag 2 AsO 4 Ý 2Ag + AsO Bilanciamento di (3): In questa reazione è lo zinco che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di zinco sia a sinistra che a destra, lo zinco è quindi già bilanciato. A destra c è un atomo di zolfo, mentre a sinistra non ce ne sono. Per questa reazione particolare conviene bilanciare l atomo di zolfo aggiungendo a sinistra una molecola di H 2 SO 4. In questo modo anche gli atomi di ossigeno risultano bilanciati. H 2 SO 4 + Zn Ý ZnSO 4 (continua nella pagina seguente)

6 A sinistra ci sono 2 atomi di idrogeno e a destra nessuno. Si bilanciano gli idrogeni sommando 2 ione H + a destra. H 2 SO 4 + Zn Ý ZnSO 4 + 2H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 2 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. H 2 SO 4 + Zn Ý ZnSO 4 + 2H + + 2e - (3 bilanciata) - Bilanciamento delle tre semireazioni: nelle prima semireazioni di riduzione sono coinvolti 9 + 2=11 elettroni, mentre nella terza di ossidazione ne sono coinvolti 2. Il minimo comune multiplo di 11 e 2 è 22, quindi si deve moltiplicare la somma di e per 2 e la (3 bilanciata) per e H + + 2Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 2Ag + + 4H 2 O + 2Ag + AsO Ma: 2Ag + + AsO 4 2- Ag 2 AsO 4 e quindi si può semplificare: 11e H + + Ag 2 AsO 4 Ý AsH 3 + 4H 2 O + 2Ag + n.b. la + deve essere moltiplicata per due a sinistra e a destra. 22e H + + 2Ag 2 AsO 4 Ý 2AsH 3 + 8H 2 O + 4Ag 11H 2 SO Zn Ý 11ZnSO H e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 22e H + + 2Ag 2 AsO H 2 SO Zn 2AsH 3 + 8H 2 O + 4Ag + 11ZnSO H e - Quindi: 2Ag 2 AsO H 2 SO Zn 2AsH 3 + 8H 2 O + 4Ag + 11ZnSO 4

7 Introducendo rame metallico (Cu) in acido nitrico diluito (HNO 3 ) si forma nitrato di rame (CuNO 3 ) e gas ossido nitrico (NO). Scrivere l equazione chimica bilanciata della reazione. La reazione da bilanciare è quindi: Cu + HNO 3 CuNO 3 + NO HNO 3 Ý NO (1) Cu Ý CuNO 3 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è l azoto che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di azoto a sinistra e un atomo di azoto a destra. Gli atomi di azoto sono già bilanciati. A sinistra ci sono tre atomi di ossigeno e a destra uno solo, quindi è necessario aggiungere due atomi di ossigeno a destra sotto forma di 2 molecole d acqua. HNO 3 Ý NO + 2H 2 O A questo punto, a sinistra c è un solo atomo di idrogeno e a destra ci sono 4 atomi di idrogeno. Si bilanciano gli idrogeni aggiungendo 3 ioni H + a sinistra. HNO 3 + 3H + Ý NO + 2H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +3, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 3 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. HNO 3 + 3H + + 3e - Ý NO + 2H 2 O - Bilanciamento di (2): In questa reazione è l atomo di rame a cambiare numero di ossidazione. C è un atomo di rame a sinistra e un atomo di rame a destra della semireazione. Gli atomi di rame sono già bilanciati. Per introdurre un atomo di azoto a destra la cosa più semplice da fare, considerata questa particolare reazione, è aggiungere una molecola di HNO 3 a sinistra. Cu + HNO 3 Ý CuNO 3 In questo modo anche gli atomi di ossigeno risultano già bilanciati. Per bilanciare gli atomi di idrogeno è necessario aggiungere uno ione H + a destra. Cu + HNO 3 Ý CuNO 3 + H + Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. La carica è 0 a sinistra e +1 a destra; quindi si deve aggiungere un elettrone a destra e la reazione risulta essere un ossidazione Cu + HNO 3 Ý CuNO 3 + H + + e - - Bilanciamento delle due semireazioni: Nella prima semireazione sono coinvolti 3 elettroni, mentre nella seconda un elettrone solo. Il minimo comune multiplo di 3 e 1 è 3, quindi si deve moltiplicare la per 1 e la per 3. HNO 3 + 3H + + 3e - Ý NO + 2H 2 O 3Cu + 3HNO 3 Ý 3CuNO 3 + 3H + + 3e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: HNO 3 + 3H + + 3e - + 3Cu + 3HNO 3 NO + 2H 2 O + 3CuNO 3 + 3H + + 3e - 4HNO 3 + 3Cu NO + 2H 2 O + 3CuNO 3

8 Bilanciare la reazione di ossido-riduzione che coinvolge la riduzione di MnO 4 - da parte dello ione Br - a dare MnO 2 solido e BrO 3 -, in ambiente basico. La reazione da bilanciare è quindi: MnO Br - MnO 2 + BrO 3 - MnO - 4 Ý MnO 2 (1) Br - - Ý BrO 3 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il manganese che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di manganese sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di manganese sono bilanciati. A sinistra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a destra ce ne sono 2, quindi si devono aggiungere 2 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 2 molecole d acqua. MnO 4 - Ý MnO 2 + 2H 2 O A destra ci sono 4 atomi di idrogeno e a sinistra zero. Si bilanciano gli idrogeni sommando 4 ioni H + a sinistra. MnO H + Ý MnO 2 + 2H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +3 (-1 + (+4)), mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 3 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. MnO H + + 3e - Ý MnO 2 + 2H 2 O - Bilanciamento di (2): In questa reazione è il bromo che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di bromo sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di bromo sono già bilanciati. A destra ci sono 3 atomi di ossigeno mentre a sinistra zero, quindi si devono aggiungere 3 atomi di ossigeno a sinistra sotto forma di 3 molecole d acqua. Br - + 3H 2 O Ý BrO 3 - A sinistra ci sono 6 atomi di idrogeno e a destra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 6 ioni H + a destra. Br - + 3H 2 O Ý BrO H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è -1, mentre a destra è +5 (-1 + (+6)). Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 6 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Br - + 3H 2 O Ý BrO H + + 6e - - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 3 elettroni, mentre nella seconda sei. Il minimo comune multiplo di 3 e 6 è 2, quindi si deve moltiplicare la per 2 e la per 1. 2MnO H + + 6e - Ý 2MnO 2 + 4H 2 O Br - + 3H 2 O Ý BrO H + + 6e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata: 2MnO H + + 6e - + Br - + 3H 2 O 2MnO 2 + 4H 2 O + BrO H + + 6e - Quindi: 2MnO H + + Br - 2MnO 2 + H 2 O + BrO 3 - Poiché la reazione si svolge in ambiente basico, si rende necessario aggiungere tanti ioni OH - a sinistra e a destra quanti sono gli ioni H +. Quindi si devono aggiungere 2 ioni OH - a sinistra e a destra. A sinistra, dalla reazione OH - + H + H 2 O, si otterranno 2H 2 O e a destra rimarranno 2OH -. 2MnO H 2 O + Br - 2MnO 2 + H 2 O + BrO OH - Applicando le opportune semplificazioni si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 2MnO H 2 O + Br - 2MnO 2 + BrO OH -

9 Bilanciare la reazione tra ioni ferrosi (Fe 2+ ) e ioni permanganato (MnO 4 - ) a dare ioni ferrici (Fe 3+ ) e Mn 2+. La reazione da bilanciare è quindi: Fe 2+ + MnO 4 - Fe 3+ + Mn 2+ Fe 2+ Ý Fe 3+ (1) MnO 4 - Ý Mn 2+ (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il ferro che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di ferro sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di ferro sono bilanciati. Non ci sono né atomi di ossigeno né atomi di idrogeno, quindi rimane solo da bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è +2, mentre a destra è +3. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 1 elettrone a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Fe 2+ Ý Fe 3+ + e - - Bilanciamento di (2): In questa reazione è il manganese che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di manganese sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di manganese sono bilanciati. A sinistra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a destra non ce ne sono, quindi si devono aggiungere 4 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 4 molecole d acqua. MnO 4 - Ý Mn H 2 O A destra ci sono 8 atomi di idrogeno e a sinistra zero. Si bilanciano gli idrogeni sommando 8 ioni H + a sinistra. MnO H + Ý Mn H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +7 (-1 + (+8)), mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 5 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. MnO H + + 5e - Ý Mn H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione è coinvolto 1 elettrone, mentre nella seconda 5. Il minimo comune multiplo di 1 e 5 è 5, quindi si deve moltiplicare la per 5 e la per 1. 5Fe 2+ Ý 5Fe e - MnO H + + 5e - Ý Mn H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 5Fe 2+ + MnO H + + 5e - 5Fe e - + Mn H 2 O Quindi: 5Fe 2+ + MnO H + 5Fe 3+ + Mn H 2 O

10 Sapendo che il potenziale di riduzione della coppia Cl 2 /Cl - è E = V e che il potenziale di riduzione della coppia O 2 /H 2 O in ambiente basico è E = V, stabilire se il cloro gassoso può ossidare l acqua in ambiente alcalino dopo avere scritto la corrispondente reazione bilanciata di ossidoriduzione. La reazione da bilanciare è quindi: Cl 2(g) + H 2 O Cl - + O 2 Cl 2 Ý Cl - (1) H 2 O Ý O 2 (2) - Bilanciamento di (1): in questa reazione è il cloro che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di cloro a sinistra e uno a destra, quindi per bilanciare gli atomi di cloro si deve aggiungere un atomo di cloro a destra. Cl 2 Ý 2Cl - Non ci sono né atomi di ossigeno né atomi di idrogeno, quindi rimane solo da bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è -2 (2*(-1)). Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. Cl 2 + 2e - Ý 2Cl - - Bilanciamento di (2): in questa reazione è l ossigeno che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di ossigeno a sinistra e due atomi di ossigeno a destra, quindi per bilanciare gli atomi di ossigeno è necessario aggiungere una molecola di H2O a sinistra. 2H 2 O Ý O 2 A sinistra ci sono 4 atomi di idrogeno e a destra zero. Si bilanciano gli idrogeni sommando 4 ioni H + a destra. 2H 2 O Ý O 2 + 4H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +4. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 4 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. 2H 2 O Ý O 2 + 4H + + 4e - - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 2 elettroni, mentre nella seconda 4. Il minimo comune multiplo di 2 e 4 è 2, quindi si deve moltiplicare la per 2 e la per 1. 2Cl 2 + 4e - Ý 4Cl - 2H 2 O Ý O 2 + 4H + + 4e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata: 2Cl 2 + 4e - + 2H 2 O 4Cl - + O 2 + 4H + + 4e - Quindi: 2Cl 2 + 2H 2 O 4Cl - + O 2 + 4H + Poiché la reazione si svolge in ambiente basico, si rende necessario aggiungere tanti ioni OH - a sinistra e a destra quanti sono gli ioni H +. Quindi si devono aggiungere 4 ioni OH - a sinistra e a destra. A destra, dalla reazione OH - + H + H 2 O, si otterranno 4H 2 O e a sinistra rimarranno 4OH -. Applicando le opportune semplificazioni si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 2Cl 2 + 2H 2 O + 4OH - 4Cl - + O 2 + 4H 2 O Quindi: 2Cl 2 + 4OH - 4Cl - + O 2 + 2H 2 O Per verificare se la reazione è spontanea o meno è necessario verificare che sia valida la relazione: G = -nf E < 0. E si ottiene sottraendo al potenziale di riduzione del catodo (cioè della reazione di riduzione, quindi in questo caso della coppia Cl 2 /Cl - ) il potenziale di riduzione dell anodo (cioè della reazione di ossidazione, in questo caso la coppia O 2 /H 2 O). Quindi: E = +1,36 - (+0,40) = 0,96 V > 0. Poiché E è maggiore di zero, allora G = -nf E è minore di 0, e quindi la reazione è spontanea.

11 Bilanciare la seguente reazione di ossido-riduzione: Cu + H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O Cu Ý CuSO 4 (1) H 2 SO 4 Ý SO 2 (2) - Bilanciamento di (1): in questa reazione è l atomo di rame a cambiare numero di ossidazione. C è un atomo di rame sia a sinistra che a destra della semireazione, quindi gli atomi di rame sono già bilanciati. Per introdurre un atomo di zolfo a destra la cosa più semplice da fare, considerata questa particolare reazione, è aggiungere una molecola di H 2 SO 4 a sinistra. Cu + H 2 SO 4 Ý CuSO 4 In questo modo anche gli atomi di ossigeno risultano già bilanciati. Per bilanciare gli atomi di idrogeno è necessario aggiungere due ioni H + a destra. Cu + H 2 SO 4 Ý CuSO 4 + 2H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Cu + H 2 SO 4 Ý CuSO 4 + 2H + + 2e - - Bilanciamento di (2): In questa reazione è lo zolfo che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di zolfo sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di zolfo sono bilanciati. A sinistra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a destra 2, quindi si devono aggiungere 2 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 2 molecole d acqua. H 2 SO 4 Ý SO 2 + 2H 2 O A sinistra ci sono 2 atomi di idrogeno e a destra 4. Si bilanciano gli idrogeni sommando 2 ioni H + a sinistra. H 2 SO 4 + 2H + Ý SO 2 + 2H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +2, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. H 2 SO 4 + 2H + + 2e - Ý SO 2 + 2H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima e nella seconda semireazione sono coinvolti 2 elettroni, quindi semplicemente sommando e semplificando opportunamente le due semireazioni bilanciate si ottiene la reazione bilanciata complessiva: Cu + H 2 SO 4 + H 2 SO 4 + 2H + + 2e - CuSO 4 + 2H + + 2e - + SO 2 + 2H 2 O Quindi: Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

12 Bilanciare la reazione di ossido-riduzione che coinvolge la disproporzione del cloro molecolare (Cl 2 ) in cloruro (Cl - ) e clorato (ClO 3 - ) in ambiente basico. Reazione di disproporzione significa che lo stesso reagente si ossida e si riduce per dare differenti prodotti di reazione. In questo caso la reazione da bilanciare è quindi: Cl 2 Cl - + ClO 3 - Cl 2 Ý Cl - (1) - Cl 2 Ý ClO 3 (2) - Bilanciamento di (1): in questa reazione è il cloro che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di cloro a sinistra e uno a destra, quindi per bilanciare gli atomi di cloro si deve aggiungere un atomo di cloro a destra. Cl 2 Ý 2Cl - Non ci sono né atomi di ossigeno né atomi di idrogeno, quindi rimane solo da bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è -2 (2*(-1)). Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. Cl 2 + 2e - Ý 2Cl - - Bilanciamento di (2): In questa reazione è il cloro che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di cloro a sinistra e uno a destra, quindi per bilanciare gli atomi di cloro si deve aggiungere uno ione ClO 3 - a destra. Cl 2 Ý 2ClO 3 - A destra ci sono 6 atomi di ossigeno mentre a sinistra zero, quindi si devono aggiungere 6 atomi di ossigeno a sinistra sotto forma di 6 molecole d acqua. Cl 2 + 6H 2 O Ý 2ClO 3 - A sinistra ci sono 12 atomi di idrogeno e a destra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 12 ioni H + a destra. Cl 2 + 6H 2 O Ý 2ClO H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +10 (-2 + (+12)). Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 10 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Cl 2 + 6H 2 O Ý 2ClO H e - - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 2 elettroni, mentre nella seconda 10. Il minimo comune multiplo di 2 e 10 è 5, quindi si deve moltiplicare la per 5 e la per 1. 5Cl e - Ý 10Cl - Cl 2 + 6H 2 O Ý 2ClO H e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata: 5Cl e - + Cl 2 + 6H 2 O 10Cl - + 2ClO H e - Quindi: 6Cl 2 + 6H 2 O 10Cl - + 2ClO H + Poiché la reazione si svolge in ambiente basico, si rende necessario aggiungere tanti ioni OH - a sinistra e a destra quanti sono gli ioni H +. Quindi si devono aggiungere 12 ioni OH - a sinistra e a destra. A destra, dalla reazione OH - + H + H 2 O, si otterranno 12H 2 O e a sinistra rimarranno 12OH -. Applicando le opportune semplificazioni si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 6Cl 2 + 6H 2 O + 12OH - 10Cl - + 2ClO H 2 O Quindi: 6Cl OH - 10Cl - + 2ClO H 2 O

13 Bilanciare la reazione in cui l'ammoniaca reagisce con l'ossido di Cu(II) a dare rame elementare, azoto elementare e acqua, in soluzione basica. In questo caso la reazione da bilanciare è quindi: NH 3 + CuO Cu + N 2 + H 2 O NH 3 Ý N 2 (1) CuO Ý Cu (2) - Bilanciamento di (1): in questa reazione è l azoto che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di azoto a destra e uno a sinistra, quindi per bilanciare gli atomi di azoto si deve aggiungere una molecola di NH 3 a sinistra. 2NH 3 Ý N 2 Nella semireazione non compaiono ossigeni, quindi non si devono bilanciare. Per gli atomi di idrogeno, ce ne sono 6 a sinistra e nessuno a destra, quindi occorre aggiungere 6 ioni H + a destra. 2NH 3 Ý N 2 + 6H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +6. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 6 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. 2NH 3 Ý N 2 + 6H + + 6e - - Bilanciamento di (2): in questa reazione è il rame che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di rame sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di rame sono già bilanciati. A sinistra c è un atomo di ossigeno mentre a destra non ce ne sono, quindi si deve aggiungere 1 atomo di ossigeno a destra sotto forma di una molecola d acqua. CuO Ý Cu + H 2 O A destra ci sono 2 atomi di idrogeno e a sinistra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 2 ioni H + a sinistra. CuO + 2H + Ý Cu + H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +2, mentre a destra è 0. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. CuO + 2H + + 2e - Ý Cu + H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 6 elettroni, mentre nella seconda 2. Il minimo comune multiplo di 6 e 2 è 3, quindi si deve moltiplicare la per 1 e la per 3. 2NH 3 Ý N 2 + 6H + + 6e - 3CuO + 6H + + 6e - Ý 3Cu + 3H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata: 2NH 3 + 3CuO + 6H + + 6e - N 2 + 6H + + 6e - + 3Cu + 3H 2 O Quindi: 2NH 3 + 3CuO N 2 + 3Cu + 3H 2 O Poiché la reazione si svolge in ambiente basico, sarebbe necessario aggiungere tanti ioni OH - a sinistra e a destra quanti sono gli ioni H +. Poiché non ci sono ioni H + né a sinistra né a destra la reazione è già bilanciata. 2NH 3 + 3CuO N 2 + 3Cu + 3H 2 O

14 Bilanciare la seguente reazione in soluzione alcalina: Cr 3+ + MnO 2 Mn 2+ + CrO 4 2- Cr 3+ Ý CrO 4 2- (1) MnO 2 Ý Mn 2+ (2) - Bilanciamento di (1): in questa reazione è il cromo che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di cromo sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di cromo sono già bilanciati. A destra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a sinistra non ce ne sono, quindi si devono aggiungere 4 atomi di ossigeno a sinistra sotto forma di 4 molecole d acqua. Cr H 2 O Ý CrO 4 2- A sinistra ci sono 8 atomi di idrogeno e a destra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 8 ioni H + a destra. Cr H 2 O Ý CrO H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +3, mentre a destra è +6 (-2 + (+8)). Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 3 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Cr H 2 O Ý CrO H + + 3e - - Bilanciamento di (2): in questa reazione è il manganese che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di manganese sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di manganese sono già bilanciati. A sinistra ci sono 2 atomi di ossigeno mentre a destra non ce ne sono, quindi si devono aggiungere 2 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 2 molecole d acqua. MnO 2 Ý Mn H 2 O A destra ci sono 4 atomi di idrogeno e a sinistra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 4 ioni H + a sinistra. MnO 2 + 4H + Ý Mn H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +4, mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 2 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. MnO 2 + 4H + + 2e - Ý Mn H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 3 elettroni, mentre nella seconda 2. Il minimo comune multiplo di 3 e 2 è 1, quindi si deve moltiplicare la per 2 e la per 3. 2Cr H 2 O Ý 2CrO H + + 6e - 3MnO H + + 6e - Ý 3Mn H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata: 2Cr H 2 O + 3MnO H + + 6e - 2CrO H + + 6e - + 3Mn H 2 O Quindi: 2Cr H 2 O + 3MnO 2 2CrO H + + 3Mn 2+ Poiché la reazione si svolge in ambiente basico, si rende necessario aggiungere tanti ioni OH - a sinistra e a destra quanti sono gli ioni H +. Quindi si devono aggiungere 4 ioni OH - a sinistra e a destra. A destra, dalla reazione OH - + H + H 2 O, si otterranno 4H 2 O e a sinistra rimarranno 4OH -. Applicando le opportune semplificazioni si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 2Cr H 2 O + 3MnO 2 + 4OH - 2CrO H 2 O + 3Mn 2+ Quindi: 2Cr MnO 2 + 4OH - 2CrO H 2 O + 3Mn 2+

15 Bilanciare la seguente reazione: Fe(II) + Cr 2 O 7 2- Fe(III) + Cr(III), e calcolare la costante di equilibrio della reazione sapendo che E (Fe 3+ /Fe 2+ ) = V e E (Cr 2 O 7 2- /Cr 3+ ) = V. In questo caso la reazione da bilanciare è quindi: Fe 2+ + Cr 2 O 7 2- Fe 3+ + Cr 3+ Fe 2+ Ý Fe 3+ (1) Cr 2 O 7 2- Ý Cr 3+ (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il ferro che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di ferro sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di ferro sono bilanciati. Non ci sono né atomi di ossigeno né atomi di idrogeno, quindi rimane solo da bilanciare la carica. A sinistra la carica totale è +2, mentre a destra è +3. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 1 elettrone a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. Fe 2+ Ý Fe 3+ + e - - Bilanciamento di (2): in questa reazione è il cromo che cambia numero di ossidazione. Ci sono due atomi di cromo a sinistra e uno a destra, quindi per bilanciare il cromo è necessario aggiungere uno ione Cr 3+ a destra. Cr 2 O 7 2- Ý 2Cr 3+ A sinistra ci sono 7 atomi di ossigeno mentre a destra non ce ne sono, quindi si devono aggiungere 7 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 7 molecole d acqua. Cr 2 O 7 2- Ý 2Cr H 2 O A destra ci sono 14 atomi di idrogeno e a sinistra non ce ne sono. Si bilanciano gli atomi di idrogeno aggiungendo 14 ioni H + a sinistra. Cr 2 O H + Ý 2Cr H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +12 (-2 + (+14)), mentre a destra è +6. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere 6 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. Cr 2 O H + + 6e - Ý 2Cr H 2 O - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione è coinvolto 1 elettrone, mentre nella seconda 6. Il minimo comune multiplo di 1 e 6 è 6, quindi si deve moltiplicare la per 6 e la per 1. 6Fe 2+ Ý 6Fe e - Cr 2 O H + + 6e - Ý 2Cr H 2 O Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 6Fe 2+ + Cr 2 O H + + 6e - 6Fe e - + 2Cr H 2 O Quindi: 6Fe 2+ + Cr 2 O H + 6Fe Cr H 2 O Per calcolare la costante di equilibrio bisogna applicare le seguenti relazioni: G = -nf E e G = -RTlnK eq (dove: n = numero di elettroni scambiato; F = costante di Faraday; R = costante dei gas perfetti e T = temperatura assoluta) da cui ne deriva che: -nf E = -RTlnK eq e quindi: K eq = exp[nf E /RT] E si ottiene sottraendo al potenziale di riduzione del catodo (cioè della reazione di riduzione, quindi in questo caso della coppia Cr 2 O 7 2- /Cr 3+ ) il potenziale di riduzione dell anodo (cioè della reazione di ossidazione, in questo caso la coppia Fe 3+ /Fe 2+ ). Quindi: E = +1,33 - (+0,77) = 0,56 V = 0,56 J C -1. Considerando: n = 6, F = C mol -1, R = 8,314 J K 1 mol -1, T = 298 K si ottiene: K eq = exp[nf E /RT] = exp[( ,56) / (8, )] = 6,

16 Il permanganato di potassio può essere usato come agente di depurazione di acque reflue. In questo secondo caso reagisce con i composti organici producendo anidride carbonica e acqua. Bilanciare la reazione che coinvolge il glucosio: MnO C 6 H 12 O 6 Mn 2+ + CO 2 + H 2 O e scrivere le semireazioni di ossidazione e di riduzione. MnO 4 - Ý Mn 2+ (1) C 6 H 12 O 6 Ý CO 2 (2) - Bilanciamento di (1): In questa reazione è il manganese che cambia numero di ossidazione. C è un atomo di manganese sia a sinistra che a destra, quindi gli atomi di manganese sono bilanciati. A sinistra ci sono 4 atomi di ossigeno mentre a destra non ce ne sono, quindi si devono aggiungere 4 atomi di ossigeno a destra sotto forma di 4 molecole d acqua. MnO 4 - Ý Mn H 2 O A destra ci sono 8 atomi di idrogeno e a sinistra zero. Si bilanciano gli idrogeni sommando 8 ioni H + a sinistra. MnO H + Ý Mn H 2 O Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è +7 (-1 + (+8)), mentre a destra è +2. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 5 elettroni a sinistra e la reazione risulta essere una riduzione. MnO H + + 5e - Ý Mn H 2 O - Bilanciamento di (2): In questa reazione è il carbonio che cambia numero di ossidazione. Ci sono 6 atomi di carbonio a sinistra e un atomo a destra. Quindi per bilanciare il carbonio sarà necessario aggiungere 5 molecole di CO 2 a destra. C 6 H 12 O 6 Ý 6CO 2 A sinistra ci sono 6 atomi di ossigeno mentre a destra ce ne sono 12, quindi si devono aggiungere 6 atomi di ossigeno a sinistra sotto forma di 6 molecole d acqua. C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O Ý 6CO 2 A sinistra ci sono 24 atomi di idrogeno e a destra zero. Si bilanciano gli idrogeni sommando 24 ioni H + a destra. C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O Ý 6CO H + Infine, si bilancia la carica. A sinistra la carica totale è 0, mentre a destra è +24. Per bilanciare la carica è necessario aggiungere un numero di elettroni alla parte con carica più positiva sufficiente a pareggiare la carica con la parte meno positiva. Quindi servono 24 elettroni a destra e la reazione risulta essere un ossidazione. C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O Ý 6CO H e - - Bilanciamento delle due semireazioni: nella prima semireazione sono coinvolti 5 elettroni, mentre nella seconda 24, quindi si deve moltiplicare la per 24 e la per 5. 24MnO H e - Ý 24Mn H 2 O 5C 6 H 12 O H 2 O Ý 30CO H e - Sommando e semplificando opportunamente si ottiene la reazione bilanciata complessiva: 24MnO H e - + 5C 6 H 12 O H 2 O 24Mn H 2 O + 30CO H e - Quindi: 24MnO H + + 5C 6 H 12 O 6 24Mn H 2 O + 30CO 2

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