Escreva as equações balanceadas para as seguintes reações em solução básica:
d) \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{IO}_{4}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})

Passo 1

O enunciado dá a reação em meio básico e pede a equação balanceada. O que temos e o que é pedido:
  • Reagentes fornecidos: \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq}) e \mathrm{IO}_{4}^{-}(\mathrm{aq}).
  • Produtos indicados: \mathrm{IO}_{2}^{-}(\mathrm{aq}) e \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}).
  • Meio: básico (importante para decidir como tratar \mathrm{H}^{+} e \mathrm{OH}^{-}).
  • Pedido: escrever a equação química balanceada completa (átomos e cargas).

Passo 2

Vamos identificar as mudanças de oxidação (isso nos diz quem é oxidado e quem é reduzido).
  • Estado de oxidação do iodo em \mathrm{IO}_{4}^{-}: chamando x o estado do I, x + 4\cdot(-2) = -1 \Rightarrow x -8 = -1 \Rightarrow x = +7.Então o iodo passa de +7 em \mathrm{IO}_{4}^{-}.
  • Estado de oxidação do iodo em \mathrm{IO}_{2}^{-}: x + 2\cdot(-2) = -1 \Rightarrow x -4 = -1 \Rightarrow x = +3.Logo o iodo vai de +7 para +3: ele é reduzido (ganha elétrons). A variação é de 4 unidades (ganha 4 e^-).
  • Para o \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}: cada oxigênio em peróxido tem estado -1. Em \mathrm{O}_{2} fica 0. Cada átomo de O do peróxido perde 1 elétron (de -1 para 0). Como há dois O em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}, cada molécula fornece 2 elétrons (é oxidada).
Resumo: redução (recebe 4 e^-) ocorre em \mathrm{IO}_{4}^{-}, oxidação (libera 2 e^-) ocorre em \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}. Precisamos equilibrar elétrons por meio das semi-reações.

Passo 3

Escrevemos as semi-reações (esqueleto, só espécies envolvidas, sem balancear H/O/e ainda):
  • Redução: \mathrm{IO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-}.
  • Oxidação: \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{O}_{2}.
Agora vamos balancear cada semi-reação em meio básico.

Passo 4

Balanceando a semi-reação de redução em meio básico seguindo o procedimento padrão (balancear O com \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, H com \mathrm{H}^{+}, depois elétrons; finalmente converter \mathrm{H}^{+} em \mathrm{OH}^{-}):
  1. Começo: \mathrm{IO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-}.
  2. Balancear oxigênios: à direita faltam 2 O, então adiciono 2\\ \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} à direita: \mathrm{IO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
  3. Balancear hidrogênios: há 4 H à direita, então adiciono 4\,\mathrm{H}^{+} à esquerda: 4\,\mathrm{H}^{+} + \mathrm{IO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
  4. Balancear cargas com elétrons: carga à esquerda é +4 -1 = +3; à direita é -1. Para igualar, adiciono 4 elétrons à esquerda (redução recebe elétrons): 4\,\mathrm{e}^{-} + 4\,\mathrm{H}^{+} + \mathrm{IO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
  5. Converter para meio básico: adicionar 4\,\mathrm{OH}^{-} a ambos os lados para eliminar os 4\,\mathrm{H}^{+}. Como 4\,\mathrm{H}^{+} + 4\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, obtemos: 4\,\mathrm{e}^{-} + \mathrm{IO}_{4}^{-} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 4\,\mathrm{OH}^{-}.
  6. Simplificar cancelando 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} de ambos os lados: \mathrm{IO}_{4}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 4\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 4\,\mathrm{OH}^{-}.
Esta é a semi-reação de redução balanceada em meio básico.

Passo 5

Agora a semi-reação de oxidação. Procedimento análogo:
  1. Começo: \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{O}_{2}.
  2. Balancear O: já há 2 O em cada lado (bom). Balancear H: à esquerda há 2 H, à direita 0, então adiciono 2\,\mathrm{H}^{+} à direita: \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{H}^{+}.
  3. Balancear cargas adicionando elétrons: esquerda carga 0, direita +2; para equilibrar adiciono 2\,\mathrm{e}^{-} à direita (oxidação produz elétrons): \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{H}^{+} + 2\,\mathrm{e}^{-}.
  4. Converter para meio básico: adiciono 2\,\mathrm{OH}^{-} a ambos os lados. Como 2\,\mathrm{H}^{+} + 2\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, obtemos: \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 2\,\mathrm{e}^{-}.
  5. Podemos simplificar subtraindo 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} de ambos os lados se necessário, mas vamos manter a forma que mostra \mathrm{OH}^{-} e \mathrm{e}^{-} para facilitar o encontro com a outra semi-reação.
A semi-reação de oxidação balanceada em meio básico é
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 2\,\mathrm{e}^{-}.

Passo 6

Igualar o número de elétrons trocados: a redução usa 4\,\mathrm{e}^{-}, a oxidação gera 2\,\mathrm{e}^{-}. Multiplicamos a semi-reação de oxidação por 2 para que ambas impliquem 4\,\mathrm{e}^{-}:
2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} + 4\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2\,\mathrm{O}_{2} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 4\,\mathrm{e}^{-}.

Passo 7

Somar as duas semi-reações (redução + oxidação), cancelando espécies que aparecem em ambos os lados:
Redução:
\mathrm{IO}_{4}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 4\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 4\,\mathrm{OH}^{-}.
Oxidação (multiplicada por 2):
2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} + 4\,\mathrm{OH}^{-} \rightarrow 2\,\mathrm{O}_{2} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 4\,\mathrm{e}^{-}.
Somando termo a termo e cancelando 4\,\mathrm{e}^{-} e 4\,\mathrm{OH}^{-} (aparecem em lados opostos):
  • Lados com elétrons somam e se anulam.
  • Lados com 4\,\mathrm{OH}^{-} também se anulam.
Depois da soma ficamos com:
\mathrm{IO}_{4}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{O}_{2} + 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.

Passo 8

Simplificar a equação cancelando águas idênticas dos dois lados: há 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} no lado esquerdo e 4\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} no direito; subtraindo 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} de ambos os lados resulta:
\mathrm{IO}_{4}^{-} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-} + 2\,\mathrm{O}_{2} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Esta é a equação balanceada em meio básico. Vamos checar rapidamente balanço de átomos e carga:
  • I: 1 em ambos os lados.
  • H: esquerda 2\cdot 2 = 4 (das duas \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}); direita 2\cdot 2 = 4 (das duas \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}).
  • O: esquerda 4 (de \mathrm{IO}_{4}^{-}) + 2\cdot 2 =4 (das duas \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}) total 8; direita 2 (de \mathrm{IO}_{2}^{-}) + 2\cdot 2 =4 (das duas \mathrm{O}_{2}) + 2 (das duas \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}) total 8.
  • Carga: esquerda -1 (só \mathrm{IO}_{4}^{-}); direita -1 (só \mathrm{IO}_{2}^{-}). Tudo confere.

Resposta

\mathrm{IO}_{4}^{-}(\mathrm{aq}) + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{IO}_{2}^{-}(\mathrm{aq}) + 2\,\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})

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