Complete e balanceie as seguintes reações em meio básico:
\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})} \longrightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}+\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{~s})}

Passo 1

O enunciado pede que eu complete e balanceie, em meio básico, a reação
\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{s})}+\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}\longrightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{s})}+\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{2(\mathrm{s})}.
Informações dadas:
  • Reagentes: \mathrm{NiO}_2 (s) e \mathrm{Zn} (s).
  • Produtos: \mathrm{Ni(OH)}_2 (s) e \mathrm{Zn(OH)}_2 (s).
  • Meio: básico (isso determina que vamos usar \mathrm{OH}^- e \mathrm{H}_2\mathrm{O} para balancear meio e hidrogênio/oxigênio).
  • A tarefa é encontrar a equação balanceada, respeitando massa e carga.

Passo 2

Identificar mudanças de oxidação (para saber quem perde e quem ganha elétrons).
  • Para \mathrm{Zn} elemental: \mathrm{Zn} tem número de oxidação 0.
  • Em \mathrm{Zn(OH)}_2: cada \mathrm{OH}^- tem carga -1, então \mathrm{Zn} tem carga +2. Logo \mathrm{Zn}\colon 0\to+2 (oxidação).
  • Em \mathrm{NiO}_2: cada oxigênio tem -2, somando -4; para neutralidade, \mathrm{Ni} deve ser +4.
  • Em \mathrm{Ni(OH)}_2: cada \mathrm{OH}^- é -1, então \mathrm{Ni} é +2. Logo \mathrm{Ni}\colon +4\to+2 (redução).
  • Conclusão: \mathrm{Zn} é agente redutor (doa elétrons) e \mathrm{Ni} em \mathrm{NiO}_2 é reduzido. Cada átomo de Ni ganha 2 elétrons e cada Zn perde 2 elétrons — isso facilita porque os elétrons se anulam sem multiplicar meio reação.

Passo 3

Escrevo as semi-reações (esqueleto, ainda sem balancear H e O):
  • Semi-reação de redução (Ni): \mathrm{NiO}_2 \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2.
  • Semi-reação de oxidação (Zn): \mathrm{Zn} \longrightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2.
Agora vamos balancear cada semi-reação em meio básico. Regra prática no básico: balanceie átomos diferentes de H e O adicionando \mathrm{H}_2\mathrm{O} e \mathrm{OH}^- conforme necessário e use e^{-} para balancear cargas.

Passo 4

Balanceando a semi-reação de redução (Ni):
Começo com
\mathrm{NiO}_2 \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2.
  • Ni já balanceado (1 de cada lado).
  • Oxigênios: lado esquerdo tem 2 (em \mathrm{NiO}_2); lado direito tem 2 (em \mathrm{Ni(OH)}_2). Oxigênio já balanceado.
  • Hidrogênios: lado esquerdo tem 0; lado direito tem 2 (dois \mathrm{OH} no produto). Para fornecer H em meio básico, adicionamos \mathrm{H}_2\mathrm{O} no lado que precisa de H (lado esquerdo) e, se necessário, \mathrm{OH}^- no outro lado para manter O/H balanceados.
    • Adiciono 2 moléculas de \mathrm{H}_2\mathrm{O} ao lado esquerdo para fornecer 4 H; mas então terei H sobrando no lado esquerdo, então vou criar \mathrm{OH}^- do outro lado: a melhor forma é pensar em termos de carga também.
  • Agora verifico carga: reagentes neutros (sem carga) mas, para transformar os átomos, introduzimos elétrons. Uma forma direta e prática (método padrão) é:
\mathrm{NiO}_2 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2\,e^- \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2 + 2\,\mathrm{OH}^-.
Verifico átomos e carga:
  • Átomos: Ni:1/1; O: esquerda 2+2=4, direita 2+2=4; H: esquerda 4, direita 2+2=4. OK.
  • Carga: esquerda 2e^- dá carga -2; direita 2\mathrm{OH}^- -2. Cargas balanceadas.
    Portanto a semi-reação de redução balanceada em meio básico é
\mathrm{NiO}_2 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2\,e^- \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2 + 2\,\mathrm{OH}^-.

Passo 5

Balanceando a semi-reação de oxidação (Zn):
Começo com
\mathrm{Zn} \longrightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2.
  • Zn já balanceado.
  • Produtos têm 2 oxigênios e 2 hidrogênios (em \mathrm{Zn(OH)}_2). Em meio básico, a forma mais simples é adicionar \mathrm{OH}^- ao lado que precisa de O e H. Adicionando 2\,\mathrm{OH}^- ao lado esquerdo dá os dois \mathrm{O} e os dois \mathrm{H}:
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{OH}^- \longrightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2 + 2\,e^-.
Verifico átomos e cargas:
  • Átomos: Zn:1/1; O: esquerda 2, direita 2; H: esquerda 2, direita 2.
  • Carga: esquerda 2\times(-1)=-2; direita 2e^- soma -2 (pois 2e^- tem carga -2) e \mathrm{Zn(OH)}_2 é neutro. Para igualdade de cargas, precisamos que os elétrons estejam no lado direito (pois Zn é oxidado). A equação escrita tem a carga correta: esquerda -2, direita -2. OK.
    Portanto a semi-reação de oxidação balanceada em meio básico é
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{OH}^- \longrightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2 + 2\,e^-.

Passo 6

Combinar as semi-reações:
  • Semi-reação de redução:
\mathrm{NiO}_2 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2\,e^- \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2 + 2\,\mathrm{OH}^-.
  • Semi-reação de oxidação:
\mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{OH}^- \longrightarrow \mathrm{Zn(OH)}_2 + 2\,e^-.
Os elétrons aparecem em ambos os lados ( 2\,e^- ), então somando as duas semi-reações eles se cancelam. Somando membro a membro:
lado esquerdo total:
\mathrm{NiO}_2 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 2\,e^- + \mathrm{Zn} + 2\,\mathrm{OH}^-.
lado direito total:
\mathrm{Ni(OH)}_2 + 2\,\mathrm{OH}^- + \mathrm{Zn(OH)}_2 + 2\,e^-.
Cancelei 2\,e^- de ambos os lados e também vejo que 2\,\mathrm{OH}^- aparece nos dois lados, portanto eles também se cancelam. O que sobra é:
\mathrm{NiO}_2 + 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + \mathrm{Zn} \longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_2 + \mathrm{Zn(OH)}_2.

Passo 7

Verificação final (massa e carga):
  • Átomos Ni: 1 / 1.
  • Átomos Zn: 1 / 1.
  • Oxigênio: esquerda 2 (em \mathrm{NiO}_2) + 2\times1=2 (em 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}) total 4; direita \mathrm{Ni(OH)}_2 tem 2 e \mathrm{Zn(OH)}_2 tem 2: total 4. OK.
  • Hidrogênio: esquerda 2\times2=4 (em 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}); direita 2 (em \mathrm{Ni(OH)}_2) + 2 (em \mathrm{Zn(OH)}_2) = 4. OK.
  • Carga: todos os corpos são neutros, logo carga total 0 dos dois lados. OK.
Equação balanceada em meio básico pronta.

Resposta

\mathrm{NiO}_{2(\mathrm{s})}+\mathrm{Zn}_{(\mathrm{s})}+2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}_{(\mathrm{l})}\longrightarrow \mathrm{Ni(OH)}_{2(\mathrm{s})}+\mathrm{Zn(OH)}_{2(\mathrm{s})}

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