Esempi di calcolo del numero di ossidazione

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1 ESERCITAZIONE 3 1

2 Esempi di calcolo del numero di ossidazione 1) Calcolare il numero di ossidazione del Mn nel KMnO 4. K n.o. +1 O n.o. 2 La molecola è neutra per cui: n.o. Mn + n.o. K + 4 n.o. O = 0 Mn n.o. +7 2) Calcolare il numero di ossidazione del P nel H 2 PO 4. H n.o. +1 O n.o. 2 La molecola è elettricamente carica (1) per cui: 2 n.o. H + n.o. P + 4 n.o. O = 1 P n.o. +5 2

3 Esempi di calcolo del numero di ossidazione 3) Calcolare il numero di ossidazione dell azoto N nei seguenti composti. NO NO 2 HNO 3 N 2 O 5 NO n.o. N +2 NO 2 n.o. N +4 HNO 3 n.o. N +5 N 2 O 5 n.o. N +5 4) Calcolare il numero di ossidazione del cromo Cr nei seguenti composti. Cr 2 O 3 2 Cr 2 O 3 n.o. Cr +3 2 n.o. Cr +6 3

4 REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE Una reazione in cui avvengono scambi di elettroni può essere formalmente scomposta in due semireazioni distinte, una di ossidazione e l altra di riduzione. Viene definita ossidazione una semireazione in cui una specie chimica perde elettroni e riduzione una semireazione in cui una specie chimica acquista elettroni. Nella reazione: Cu 2+ + SO Zn (s) Cu (s) + Zn 2+ + SO 4 2 sono individuali le due semireazioni: Zn Zn e semireazione di ossidazione Cu e Cu semireazione di riduzione Un ossidazione può avvenire solo se contemporaneamente avviene una riduzione. Viene chiamata ossidante la specie che acquista elettroni (cioè quella che si riduce) e riducente quella che perde elettroni (cioè quella che si ossida). 4

5 BILANCIAMENTO DI UNA OSSIDORIDUZIONE PER REAZIONI CHE AVVENGONO CON TRASFERIMENTO DI ELETTRONI, i coefficienti stechiometrici devono soddisfare: BILANCIAMENTO ELETTRONICO principio di conservazione della massa principio di conservazione della carica (per le equazioni chimiche scritte in forma ionica) BILANCIAMENTO ELETTRONICO: in una reazione di ossidoriduzione il numero di elettroni ceduti dalla specie riducente deve essere uguale al numero di elettroni acquistati dalla specie ossidante. Il bilanciamento elettronico costituisce la prima operazione da eseguire per il bilanciamento di una ossidoriduzione; solo successivamente vengono applicati i principi di conservazione della massa e della carica, come nel caso di reazioni che 5 avvengono senza trasferimento di elettroni.

6 Il bilanciamento elettronico viene effettuato attraverso: la determinazione dei numeri di ossidazione di tutte le specie che partecipano alla reazione; la individuazione delle specie che cambiano il proprio numero di ossidazione (specie ossidante e riducente); il riconoscimento delle due semireazioni di ossidazione e di riduzione e la valutazione degli elettroni in gioco durante questi due processi; la scelta degli opportuni coefficienti stechiometrici che permettano di eguagliare il numero degli elettroni coinvolti nelle due semireazioni. 6

7 1. Completare e bilanciare la seguente reazione che avviene in soluzione acquosa acida: BILANCIAMENTO ELETTRONICO: 2 + Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+ (+6) ( 2 ) (+2) (+3) (+3) Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+ (+3 e x 2 = 6 e ) x 1 (1 e ) x 6 NOTA: Ogni atomo di Cr acquista 3 e ; dal momento che nello ione Cr 2 O 2 7 gli atomi di Cr sono 2, gli e totali in gioco nella semireazione di riduzione sono 6. si procede al bilanciamento di massa per le specie diverse da ossigeno ed idrogeno: Cr 2 O Fe 2+ 2 Cr Fe 3+ si procede al bilanciamento di carica: i reagenti hanno in totale 10 cariche positive, i prodotti 24 cariche positive. Dal momento che la reazione avviene in ambiente acido, il bilanciamento di carica viene effettuato con gli ioni H + : si aggiungono 14 ioni H + ai reagenti: Cr 2 O Fe H + 2 Cr Fe 3+ si procede al bilanciamento di massa per H e O, aggiungendo, se necessario, molecole di H 2 O: Fe H + 2 Cr Fe H 2 O 7

8 2. Completare e bilanciare la seguente reazione che avviene in soluzione acquosa basica: Bi 2 O 3 + ClO BiO 3 + Cl BILANCIAMENTO ELETTRONICO: (+3) ( 2 ) (+1)(2) (+5) (2) (1) Bi 2 O ClO BiO 3 + Cl (2 e x 2 = 4 e ) x 1 (+2 e ) x 2 NOTA: Ogni atomo di Bi perde 2 e ; dal momento che in Bi 2 O 3 gli atomi di Bi sono 2, gli e totali in gioco nella semireazione di ossidazione sono 4. si procede al bilanciamento di massa per le specie diverse da ossigeno ed idrogeno: Bi 2 O ClO 2 BiO Cl si procede al bilanciamento di carica: i reagenti hanno in totale 2 cariche negative, i prodotti 4 cariche negative. Dal momento che la reazione avviene in ambiente basico, il bilanciamento di carica viene effettuato con gli ioni OH : si aggiungono 2 ioni OH ai reagenti: Bi 2 O ClO + 2 OH 2 BiO Cl si procede al bilanciamento di massa per H e O, aggiungendo, se necessario, molecole di H 2 O: Bi 2 O ClO + 2 OH 2 BiO Cl + H 2 O 8

9 Bilanciare le seguenti redox: a) Cr 2 O Fe 2+ Fe+3 + Cr+3 (in soluzione acquosa acida, reazione da completare con ioni ossonio e acqua mancanti) [1, 6, 14 H 3 O +, 2, 6, 21 H 2 O] b) MnO 4 + NH 3 MnO 2(s) + NO 3 (in soluzione acquosa basica, reazione da completare con ioni idrossido e acqua mancanti) [8, 3, 8, 3, 5 OH, 2 H 2 O] c) MnI 2 + BiO 3 MnO 4 + IO 3 + Bi +3 (in soluzione acquosa acida, reazione da completare con ioni ossonio e acqua mancanti) [2, 17, 62 H 3 O +, 2, 4, 17, 93 H 2 O] d) Cr 2 O I Cr+3 + I 2(s) (in soluzione acquosa acida, reazione da completare con ioni ossonio e acqua mancanti) [1, 6, 14 H 3 O +, 2, 3, 21 H 2 O] 9