Problema de ejemplo de reacción redox de equilibrio

Al equilibrar las reacciones redox, la carga electrónica general debe equilibrarse además de las relaciones molares habituales de los reactivos y productos componentes. Este problema de ejemplo ilustra cómo usar el método de media reacción para equilibrar una reacción redox en una solución.

Pregunta

Balancee la siguiente reacción redox en una solución ácida:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO (g)

Solución

Paso 1: Identifique qué se oxida y qué se reduce.

Para identificar qué átomos se están reduciendo u oxidando, asigne estados de oxidación a cada átomo de la reacción.

Para la revisión:

1. Reglas para asignar estados de oxidación
2. Asignación de estados de oxidación Ejemplo de problema
3. Problema de ejemplo de reacción de oxidación y reducción

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• NO (g): N = +2, O = -2

Cu pasó del estado de oxidación 0 a +2, perdiendo dos electrones. El cobre se oxida por esta reacción..
N pasó del estado de oxidación +5 a +2, ganando tres electrones. El nitrógeno se reduce por esta reacción.

Paso 2: divida la reacción en dos medias reacciones: oxidación y reducción.

Oxidación: Cu → Cu²⁺

Reducción: HNO₃ → NO

Paso 3: equilibre cada semirreacción tanto por estequiometría como por carga electrónica.

Esto se logra agregando sustancias a la reacción. La única regla es que las únicas sustancias que puede agregar ya deben estar en la solución. Estos incluyen agua (H₂OH⁺ iones (en soluciones ácidas), OH^- iones (en soluciones básicas) y electrones.

Comience con la semirreacción de oxidación:

La media reacción ya está equilibrada atómicamente. Para equilibrar electrónicamente, se deben agregar dos electrones al lado del producto.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Ahora, equilibra la reacción de reducción.

Esta reacción requiere más trabajo. El primer paso es equilibrar todos los átomos. excepto oxígeno e hidrógeno.

HNO₃ → NO

Solo hay un átomo de nitrógeno en ambos lados, por lo que el nitrógeno ya está equilibrado.

El segundo paso es equilibrar los átomos de oxígeno. Esto se hace agregando agua al lado que necesita más oxígeno. En este caso, el lado reactivo tiene tres oxígenos y el lado del producto tiene solo un oxígeno. Agregue dos moléculas de agua al lado del producto..

HNO₃ → NO + 2 H₂O

El tercer paso es equilibrar los átomos de hidrógeno. Esto se logra agregando H⁺ iones al lado que necesita más hidrógeno. El lado reactivo tiene un átomo de hidrógeno mientras que el lado del producto tiene cuatro. Añadir 3 H⁺ iones al lado reactivo.

HNO₃ + 3 H⁺ → NO + 2 H₂O

La ecuación está equilibrada atómicamente, pero no eléctricamente. El paso final es equilibrar la carga agregando electrones al lado más positivo de la reacción. En el lado reactivo, la carga general es +3, mientras que el lado del producto es neutral. Para contrarrestar la carga +3, agregue tres electrones al lado reactivo.

HNO₃ + 3 H⁺ + 3 e^- → NO + 2 H₂O

Ahora la media ecuación de reducción está equilibrada.

Paso 4: ecualice la transferencia de electrones.

En las reacciones redox, el número de electrones ganados debe ser igual al número de electrones perdidos. Para lograr esto, cada reacción se multiplica por números enteros para contener el mismo número de electrones..

La semirreacción de oxidación tiene dos electrones, mientras que la semirreacción de reducción tiene tres electrones. El mínimo común denominador entre ellos es seis electrones. Multiplique la reacción de oxidación por 3 y la reducción de reacción por 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

Paso 5: Recombine las medias reacciones.

Esto se logra sumando las dos reacciones juntas. Una vez que se agregan, cancele todo lo que aparezca en ambos lados de la reacción..

   3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O + 6 e^-

Ambos lados tienen seis electrones que se pueden cancelar..

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

La reacción redox completa ahora está equilibrada.

Responder

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Para resumir:

1. Identificar los componentes de oxidación y reducción de la reacción..
2. Separar la reacción en la semirreacción de oxidación y la semirreacción de reducción.
3. Balancee cada semirreacción tanto atómica como electrónicamente.
4. Ecualice la transferencia de electrones entre las medias ecuaciones de oxidación y reducción..
5. Recombine las semirreacciones para formar la reacción redox completa.