Complete e balanceie as seguintes reações em meio básico:
\mathrm{Al}+\mathrm{NO}_{3}^{-}+\mathrm{OH}^{-} \longrightarrow \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{4}^{-}+\mathrm{NH}_{3}

Passo 1

O enunciado dá a reação em meio básico e pede que ela seja completada e balanceada:
\mathrm{Al}+\mathrm{NO}_3^{-}+\mathrm{OH}^{-}\longrightarrow \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+\mathrm{NH}_3.
Informações relevantes fornecidas:
  • Reagentes: \mathrm{Al}, \mathrm{NO}_3^{-}, \mathrm{OH}^-.
  • Produtos: \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}, \mathrm{NH}_3.
  • Meio: básico (isso manda usar \mathrm{OH}^- e \mathrm{H_2O} na etapa de balanceamento).
  • O objetivo é obter uma equação final com todos os átomos e cargas balanceados.

Passo 2

Vamos identificar as mudanças de oxidação para saber quantos elétrons trocam.
  • Para o alumínio: elemento no estado metálico \mathrm{Al} tem oxidação 0. No íon \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-} o alumínio tem oxidação +3. Logo cada átomo de Al perde 3 elétrons.
  • Para o nitrogênio: em \mathrm{NO}_3^{-} o N tem oxidação +5. Em \mathrm{NH}_3 o N tem oxidação -3. A variação é de +5 para -3, isto é, ganho de 8 elétrons por átomo de N.
Conclusão: uma espécie perde 3 elétrons (Al) e a outra ganha 8 elétrons (N). O MMC de 3 e 8 é 24 elétrons — isso vai determinar os coeficientes estequiométricos relativos de Al e \mathrm{NO}_3^{-}.

Passo 3

Montamos a semirreação de oxidação (para o alumínio) em meio básico e balanceamos Átomos e carga.
Escrevemos a transformação inicial:
\mathrm{Al}\longrightarrow \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}.
Balanceando O e H por \mathrm{OH}^- e \mathrm{H_2O}: como o produto tem 4 grupos \mathrm{OH}, adicionamos 4 \mathrm{OH}^- ao lado apropriado. Uma forma direta em meio básico é:
\mathrm{Al}+4\,\mathrm{OH}^-\longrightarrow \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}.
Agora balanceamos cargas: carga do lado esquerdo é 0+4(-1)=-4; do lado direito é -1. Para igualar as cargas adicionamos 3 elétrons ao lado direito (elétrons no produto indicam que o átomo foi oxidado):
\mathrm{Al}+4\,\mathrm{OH}^-\longrightarrow \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+3\,e^-.
Verificação rápida: átomos Al, O e H balanceados; cargas: -4 à esquerda e -1-3=-4 à direita.

Passo 4

Montamos a semirreação de redução (para o nitrato \mathrm{NO}_3^- formando \mathrm{NH}_3) em meio básico. Primeiro balanceamos em ácido (mais fácil), depois passamos para básico.
Começo em ácido:
\mathrm{NO}_3^{-}\longrightarrow \mathrm{NH}_3.
Balancear O adicionando 3\,\mathrm{H_2O} ao lado direito:
\mathrm{NO}_3^{-}\longrightarrow \mathrm{NH}_3+3\,\mathrm{H_2O}.
Balancear H adicionando 9\,\mathrm{H}^+ ao lado esquerdo (pois há 3+6=9 H no lado direito):
9\,\mathrm{H}^++\mathrm{NO}_3^{-}\longrightarrow \mathrm{NH}_3+3\,\mathrm{H_2O}.
Balancear carga adicionando 8\,e^- ao lado esquerdo (pois a esquerda tem carga +9-1=+8, direita é neutra):
8\,e^-+9\,\mathrm{H}^++\mathrm{NO}_3^{-}\longrightarrow \mathrm{NH}_3+3\,\mathrm{H_2O}.
Agora convertendo para meio básico: adicionamos 9\,\mathrm{OH}^- a ambos os lados para neutralizar os 9\,\mathrm{H}^+.
Adicionar e simplificar:
8\,e^-+9\,\mathrm{H}^++\mathrm{NO}_3^{-}+9\,\mathrm{OH}^-\longrightarrow \mathrm{NH}_3+3\,\mathrm{H_2O}+9\,\mathrm{OH}^-.
Como 9\,\mathrm{H}^++9\,\mathrm{OH}^-\rightarrow 9\,\mathrm{H_2O}, o lado esquerdo passa a ter 9\,\mathrm{H_2O}:
8\,e^-+\mathrm{NO}_3^{-}+9\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow \mathrm{NH}_3+3\,\mathrm{H_2O}+9\,\mathrm{OH}^-.
Cancelamos 3\,\mathrm{H_2O} em ambos os lados, restando 6\,\mathrm{H_2O} à esquerda:
8\,e^-+\mathrm{NO}_3^{-}+6\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow \mathrm{NH}_3+9\,\mathrm{OH}^-.
Esta é a semirreação de redução já adaptada para meio básico. Verificação rápida: cargas e átomos conferem.

Passo 5

Igualamos o número de elétrons trocados multiplicando as semirreações de forma que os elétrons se cancelem.
  • A semirreação de oxidação fornece 3\,e^-; multiplicamos por 8 para obter 24\,e^-.
  • A semirreação de redução consome 8\,e^-; multiplicamos por 3 para obter 24\,e^-.
Multiplicando:
Oxidação \times 8:
8\,\mathrm{Al}+32\,\mathrm{OH}^-\longrightarrow 8\,\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+24\,e^-.
Redução \times 3:
24\,e^-+3\,\mathrm{NO}_3^{-}+18\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow 3\,\mathrm{NH}_3+27\,\mathrm{OH}^-.

Passo 6

Somamos as duas semirreações (os 24\,e^- se cancelam):
8\,\mathrm{Al}+32\,\mathrm{OH}^-+3\,\mathrm{NO}_3^{-}+18\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow 8\,\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+24\,e^- +3\,\mathrm{NH}_3+27\,\mathrm{OH}^- -24\,e^-.
Após cancelar os elétrons, ficamos com:
8\,\mathrm{Al}+32\,\mathrm{OH}^-+3\,\mathrm{NO}_3^{-}+18\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow 8\,\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+3\,\mathrm{NH}_3+27\,\mathrm{OH}^-.

Passo 7

Cancelamos espécies iguais em ambos os lados (no caso \mathrm{OH}^- em excesso):
Temos 32\,\mathrm{OH}^- no lado dos reagentes e 27\,\mathrm{OH}^- nos produtos; subtraindo 27\,\mathrm{OH}^- de ambos os lados sobram 5\,\mathrm{OH}^- do lado dos reagentes. Não há águas no lado dos produtos para cancelar além do que já foi feito.
A equação final simplificada fica:
8\,\mathrm{Al}+3\,\mathrm{NO}_3^{-}+5\,\mathrm{OH}^-+18\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow 8\,\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+3\,\mathrm{NH}_3.

Passo 8

Verificação final (contagem de átomos e cargas):
  • Al: 8 à esquerda, 8 à direita.
  • N: 3 à esquerda, 3 à direita.
  • O: esquerda 3\cdot3 (dos nitratos) =9 mais 5 (dos \mathrm{OH}^-) =14 mais 18 (das \mathrm{H_2O}) =32; direita 8\cdot4=32 (nos \mathrm{Al(OH)}_4^{-}).
  • H: esquerda 5 (dos \mathrm{OH}^-) +18\cdot2=36 (das águas) total 41; direita 8\cdot4=32 (nos \mathrm{Al(OH)}_4^{-}) +3\cdot3=9 (nas \mathrm{NH}_3) total 41.
  • Cargas: esquerda 3\cdot(-1)+5\cdot(-1)=-8; direita 8\cdot(-1)=-8. Balanço de carga confirmado.

Resposta

8\,\mathrm{Al}+3\,\mathrm{NO}_3^{-}+5\,\mathrm{OH}^-+18\,\mathrm{H_2O}\longrightarrow 8\,\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4^{-}+3\,\mathrm{NH}_3

Exercícios relacionados