Escreva as equações balanceadas para as seguintes reações em solução ácida:
a) \mathrm{P}_{4}(\mathrm{~s})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{PH}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g})

Passo 1

O enunciado dá a reação em solução ácida
\mathrm{P}_{4}(s) + \mathrm{Cl}^{-}(aq) \rightarrow \mathrm{PH}_{3}(g) + \mathrm{Cl}_{2}(g)
e pede que a equação seja balanceada. Informações importantes que o enunciado fornece:
  • Reagentes: \mathrm{P}_{4}(s) e \mathrm{Cl}^{-}(aq).
  • Produtos: \mathrm{PH}_{3}(g) e \mathrm{Cl}_{2}(g).
  • Meio: solução ácida (portanto podemos usar \mathrm{H}^{+}(aq) e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l) se necessário).
    O que é pedido: escrever a equação iônica balanceada completa (com \mathrm{H}^{+} quando necessário) para essa transformação em meio ácido.

Passo 2

Identificar oxidações e reduções através dos números de oxidação:
  • Em \mathrm{P}_{4} (elemento simples) cada átomo de fósforo tem número de oxidação 0.
  • Em \mathrm{PH}_{3} o hidrogênio vale +1 (em compostos com não-metais), logo o fósforo tem número de oxidação -3.
  • Em \mathrm{Cl}^{-} o cloro tem número de oxidação -1; em \mathrm{Cl}_{2} cada cloro tem 0.
    Conclusão:
  • Fósforo é reduzido: 0 \rightarrow -3.
  • Cloro é oxidado: -1 \rightarrow 0.
Agora contamos elétrons trocados por átomo:
  • Cada átomo de P ganha 3 elétrons (de 0 para -3).
  • Em \mathrm{P}_{4} 4 átomos de P, então o conjunto \mathrm{P}_{4} ganha 4\times 3 = 12 elétrons.
  • Para o cloro, cada \mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_2 exige perda de 1 elétron por átomo; mais convenientemente 2\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_2 + 2e^{-} (perda de 2 elétrons por duas íons cloreto).

Passo 3

Montar a meia-reação de redução (fósforo) e balanceá-la passo a passo:
  1. Escrevemos a transformação de átomos de P para \mathrm{PH}_{3}:
\mathrm{P}_{4} \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3}
porque cada molécula de \mathrm{PH}_{3} tem um átomo de P, e há 4 átomos em \mathrm{P}_4.
  1. Balancear hidrogênios adicionando \mathrm{H}^{+} ao lado apropriado. O lado direito tem 4\times 3=12 átomos de H, então adicionamos 12\,\mathrm{H}^{+} ao lado esquerdo:
\mathrm{P}_{4} + 12\,\mathrm{H}^{+} \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3}
  1. Balancear cargas adicionando elétrons. Lados: carga esquerda = +12 (dos 12\,\mathrm{H}^{+}), direita =0. Para tornar as cargas iguais, adicionamos 12\,e^{-} ao lado esquerdo (porque a redução consome elétrons):
\mathrm{P}_{4} + 12\,\mathrm{H}^{+} + 12\,e^{-} \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3}
Verificação rápida: átomos — P:4 em ambos, H:12 em ambos; cargas — esquerda +12-12=0, direita 0. Está balanceada.

Passo 4

Montar a meia-reação de oxidação (cloro) e balanceá-la:
  1. Reação básica:
\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2}
  1. Balancear cloros: \mathrm{Cl}_{2} tem 2 átomos, então usamos 2\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2}.
  2. Balancear carga adicionando elétrons. Lado esquerdo carga -2, lado direito 0; para conservar carga, colocamos 2\,e^{-} no lado direito (a oxidação produz elétrons):
2\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2} + 2\,e^{-}
Verificação: átomos Cl balanceados e carga esquerda -2, direita -2 (0 + 2×(−1) dos elétrons? cuidado: elétrons têm carga negativa, mas colocá-los no lado direito significa soma de cargas direita = 0 + (−2) = −2), portanto ok.

Passo 5

Igualar o número de elétrons entre as duas meias-reações para que possam ser somadas:
  • Meia-reação de redução usa 12\,e^{-}.
  • Meia-reação de oxidação produz 2\,e^{-}.
    Mínimo múltiplo comum é 12. Multiplicamos a meia-oxidação por 6:
6\bigl(2\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2} + 2\,e^{-}\bigr) \quad\Rightarrow\quad 12\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow 6\,\mathrm{Cl}_{2} + 12\,e^{-}

Passo 6

Somar as duas meias-reações (redução + a oxidação multiplicada) e cancelar os elétrons:
Redução:
\mathrm{P}_{4} + 12\,\mathrm{H}^{+} + 12\,e^{-} \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3}
Oxidação (multiplicada):
12\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow 6\,\mathrm{Cl}_{2} + 12\,e^{-}
Somando membro a membro e cancelando 12\,e^{-}:
\mathrm{P}_{4} + 12\,\mathrm{H}^{+} + 12\,\mathrm{Cl}^{-} \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3} + 6\,\mathrm{Cl}_{2}

Passo 7

Verificações finais:
  • Átomos: P: 4 (esq) = 4 (dir); H: 12 = 4\times3; Cl: 12 = 6\times2.
  • Carga: esquerda 0 (pois 12\,\mathrm{H}^{+} +12 e 12\,\mathrm{Cl}^{-} -12), direita 0 (produtos neutros). Tudo conferido.

Resposta

\mathrm{P}_{4}(s) + 12\,\mathrm{H}^{+}(aq) + 12\,\mathrm{Cl}^{-}(aq) \rightarrow 4\,\mathrm{PH}_{3}(g) + 6\,\mathrm{Cl}_{2}(g)

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