Escreva as equações balanceadas para as seguintes reações em solução básica:
a) \mathrm{Ni}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{~s})+\mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Ni}(\mathrm{s})+\mathrm{N}_{2}(\mathrm{~g})

Passo 1

O enunciado pede para escrever a equação química balanceada, em meio básico, para a transformação abaixo:
\mathrm{Ni(OH)_2(s) + N_2H_4(aq) \rightarrow Ni(s) + N_2(g)}
Informações dadas:
  • Reagentes: \mathrm{Ni(OH)_2} (sólido) e \mathrm{N_2H_4} (aq).
  • Produtos: \mathrm{Ni} (sólido) e \mathrm{N_2} (gás).
  • Meio: básico (ou seja, podemos usar \mathrm{OH^-} e \mathrm{H_2O} para balancear H e O).
  • Objetivo: obter a equação totalmente balanceada (átomos e cargas).

Passo 2

Escolha do método (explicação curta e didática): vamos usar o método das semi-reações (meio-passe) de oxirredução porque aqui há mudança de estados de oxidação: o níquel vai de um estado ligado a hidróxidos a metal elementar, e o nitrogênio no \mathrm{N_2H_4} é oxidado a \mathrm{N_2}. O método das semi-reações permite balancear separadamente a oxidação e a redução, depois igualar os elétrons trocados e somar. Calma: eu vou mostrar cada passo devagar.

Passo 3

Determinar estados de oxidação (para ver quem é reduzido e quem é oxidado):
  • Em \mathrm{Ni(OH)_2}: cada \mathrm{OH^-} tem carga -1, a molécula é neutra, logo \mathrm{Ni} tem estado de oxidação +2.
  • Em \mathrm{N_2H_4}: cada H é +1; somando +4 dos H, os dois N juntos devem dar -4, portanto cada N tem estado -2. Em \mathrm{N_2} cada N tem estado 0.
    Conclusão: \mathrm{Ni^{+2}} é reduzido a \mathrm{Ni^0} (ganha elétrons) e \mathrm{N} em \mathrm{N_2H_4} é oxidado de -2 para 0 (perde elétrons).

Passo 4

Escrever a semi-reação de oxidação (nitrogênio):
Equação não balanceada de átomos:
\mathrm{N_2H_4 \rightarrow N_2}
Balanceamento de átomos: nitrogênios já estão balanceados (2 e 2). Agora balancear hidrogênios e cargas em meio básico.
Primeiro, em método ácido (intermediário), balanceamos H adicionando \mathrm{H^+}:
\mathrm{N_2H_4 \rightarrow N_2 + 4H^+}
Em seguida balanceamos a carga com elétrons: o lado direito tem carga +4, portanto precisamos colocar 4e^- no lado direito também se for oxidação (na oxidação os elétrons aparecem no produto):
\mathrm{N_2H_4 \rightarrow N_2 + 4H^+ + 4e^-}
Agora convertendo para meio básico: neutralizamos os 4\mathrm{H^+} adicionando 4\mathrm{OH^-} a ambos os lados; 4\mathrm{H^+}+4\mathrm{OH^-} vira 4\mathrm{H_2O}. O resultado é:
\mathrm{N_2H_4 + 4OH^- \rightarrow N_2 + 4H_2O + 4e^-}
Verificação rápida: átomos e carga batem (esquerda: carga -4 devido aos 4\mathrm{OH^-}; direita: 4e^- dá carga -4).

Passo 5

Escrever a semi-reação de redução (níquel):
Equação inicial:
\mathrm{Ni(OH)_2 \rightarrow Ni}
Ni passa de +2 para 0, então cada átomo de Ni ganha 2e^-. Em meio básico é conveniente escrever as hidroxilas explicitamente: para balancear O e H, podemos colocar \mathrm{2OH^-} no produto e os elétrons do lado dos reagentes (redução consome elétrons):
\mathrm{Ni(OH)_2 + 2e^- \rightarrow Ni + 2OH^-}
Verificação: átomos OK (Ni:1; O:2; H:2) e cargas: esquerda neutra + 2e^- dá carga -2; direita 2\mathrm{OH^-} tem carga -2. Tudo balanceado.

Passo 6

Igualar o número de elétrons trocados: a semi-reação de oxidação fornece 4e^-; a de redução consome 2e^-. Para cancelar elétrons, multiplicamos a semi-reação de redução por 2:
\mathrm{2\,Ni(OH)_2 + 4e^- \rightarrow 2\,Ni + 4\,OH^-}

Passo 7

Somar as duas semi-reações (oxidação + redução) e cancelar espécies que aparecem em ambos os lados:
Oxidação:
\mathrm{N_2H_4 + 4OH^- \rightarrow N_2 + 4H_2O + 4e^-}
Redução (multiplicada por 2):
\mathrm{2\,Ni(OH)_2 + 4e^- \rightarrow 2\,Ni + 4\,OH^-}
Somando membro a membro e cancelando 4e^- (aparecem nos dois lados) e também cancelando os 4\mathrm{OH^-} (aparecem em ambos os lados), obtemos:
\mathrm{N_2H_4 + 2\,Ni(OH)_2 \rightarrow N_2 + 4\,H_2O + 2\,Ni}

Passo 8

Verificação final de átomos e cargas:
  • Nitrogênio: esquerda 2 (em \mathrm{N_2H_4}), direita 2 (em \mathrm{N_2}).
  • Níquel: esquerda 2, direita 2.
  • Oxigênio: esquerda 2\cdot2=4 (dos dois \mathrm{Ni(OH)_2}), direita 4 (em 4\mathrm{H_2O}).
  • Hidrogênio: esquerda 4 (em \mathrm{N_2H_4}) + 2\cdot2=4 (nos hidróxidos) = 8; direita 4\cdot2=8 (em 4\mathrm{H_2O}).
  • Carga: tudo neutro dos dois lados.
Está tudo correto e a equação está balanceada em meio básico.

Resposta

\mathrm{2\,Ni(OH)_2(s) + N_2H_4(aq) \rightarrow 2\,Ni(s) + N_2(g) + 4\,H_2O(l)}

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