Completar e balancear as seguintes reações que ocorrem em soluções aquosas ácidas e envolvem os seguintes pares redox. Além disso, preveja a influência do pH sobre o potencial da reação global.
\mathrm{Zn} / \mathrm{Zn}^{2+} \mathrm{e} \mathrm{NO}_{3}{ }^{-} / \mathrm{NH}_{4}{ }^{+}

Passo 1

Estamos tratando de uma reação redox em meio aquoso ácido envolvendo os pares \mathrm{Zn}/\mathrm{Zn}^{2+} (oxidação) e \mathrm{NO}_{3}^{-}/\mathrm{NH}_{4}^{+} (redução). Para resolver, vamos:
  1. Escrever as semi-reações de oxidação e de redução.
  2. Balancear massa e carga em meio ácido (usando \mathrm{H}^{+} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}).
  3. Igualar o número de elétrons e somar as semi-reações.
  4. Analisar o efeito do pH via equação de Nernst.

Passo 2

Semi-reação de redução (nitrogênio de oxidação +5 em \mathrm{NO}_{3}^{-} para –3 em \mathrm{NH}_{4}^{+}, ganho de 8 elétrons):
\mathrm{NO}_{3}^{-} \;+\; 10\,\mathrm{H}^{+} \;+\; 8\,\mathrm{e}^{-} \;\longrightarrow\; \mathrm{NH}_{4}^{+} \;+\; 3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}

Passo 3

Semi-reação de oxidação (zinco metálico para \mathrm{Zn}^{2+}, perda de 2 elétrons):
\mathrm{Zn} \;\longrightarrow\; \mathrm{Zn}^{2+} \;+\; 2\,\mathrm{e}^{-}
Para igualar os elétrons, multiplicamos esta última por 4, de modo a obter 8 e⁻ liberados.

Passo 4

Somando as semi-reações (elétrons se cancelam), temos a equação global balanceada em meio ácido:
4\,\mathrm{Zn} \;+\; \mathrm{NO}_{3}^{-} \;+\; 10\,\mathrm{H}^{+} \;\longrightarrow\; 4\,\mathrm{Zn}^{2+} \;+\; \mathrm{NH}_{4}^{+} \;+\; 3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}

Passo 5

Pela equação de Nernst, o potencial da reação global é
E \;=\; E^{\circ} \;-\; \frac{R\,T}{n\,F}\,\ln Q \quad\text{com}\quad Q =\frac{[\mathrm{Zn}^{2+}]^{4}\,[\mathrm{NH}_{4}^{+}]}{[\mathrm{NO}_{3}^{-}]\,[\mathrm{H}^{+}]^{10}}
Como [\mathrm{H}^{+}] aparece no denominador elevado à décima potência, uma redução de [\mathrm{H}^{+}] (i.e.\ aumento do pH) faz Q aumentar e \ln Q crescer, de modo que E diminui. Em outras palavras, quanto mais ácido (menor pH), maior será o potencial da reação; quanto mais básico (maior pH), menor o potencial.

Resposta

A equação global balanceada em meio ácido é
4\,\mathrm{Zn} \;+\; \mathrm{NO}_{3}^{-} \;+\; 10\,\mathrm{H}^{+} \;\longrightarrow\; 4\,\mathrm{Zn}^{2+} \;+\; \mathrm{NH}_{4}^{+} \;+\; 3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
O potencial da reação diminui quando o pH aumenta (i.e.\ quando [\mathrm{H}^{+}] diminui) e aumenta em meio mais ácido.

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