Faça o balanceamento das seguintes semi-reações:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{3} \mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+\mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})} (meio ácido)

Passo 1

O enunciado pede para balancear a reação (em meio ácido)
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}\rightarrow \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+\mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})}.
Informações relevantes fornecidas:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}, \mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}, \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})} e \mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})} são as espécies envolvidas; o meio é ácido (podemos usar \mathrm{H}^{+} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} para balancear H e O). A tarefa é escrever as semi-reações (oxidação e redução), balanceá‑las em meio ácido, igualar elétrons e somar para obter a equação final balanceada.

Passo 2

Identificar mudanças de número de oxidação (ou seja, quem perde e quem ganha elétrons).
Calculo rápido dos números de oxidação:
\text{Em }\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}:\\ \text{As}=0.
\text{Em }\mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4}:\\ \text{cada O é }-2,\\ \text{cada H é }+1,\\ \text{logo As }=+5.éé
Portanto As vai de 0 para +5: perde 5 elétrons (oxidação).
\text{Em }\mathrm{ClO}_{3}^{-}:\\ \text{cada O é }-2,\\ \text{somando dá }-6,\\ \text{índice total é }-1\Rightarrow \text{Cl}=+5.éáíé
\text{Em }\mathrm{HClO}:\\ \text{O é }-2,\\ H=+1\Rightarrow \text{Cl}=+1.é
Portanto Cl vai de +5 para +1: ganha 4 elétrons (redução).
Conclusão: oxidação perde 5 elétrons, redução ganha 4 elétrons. Vai ser preciso igualar elétrons (mínimo múltiplo comum =20 elétrons).

Passo 3

Montar e balancear a semi‑reação de oxidação (As → \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4}) em meio ácido, passo a passo:
Escrevo a reação básica:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}\rightarrow \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}.
Balanceio elementos que não são H ou O: As já está balanceado (1 e 1).
Balanceio O adicionando água onde faltar O. O lado direito tem 4 oxigênios, o esquerdo 0, então adiciono 4 moléculas de água ao lado esquerdo:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}\rightarrow \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}.
Balanceio H adicionando \mathrm{H}^{+}. Lado esquerdo tem 4\times 2=8 H; lado direito tem 3 H, falta 8-3=5 H no lado direito, então adiciono 5\mathrm{H}^{+} ao lado direito:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}\rightarrow \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+5\mathrm{H}^{+}.
Agora balanceio carga com elétrons. Cargas: lado esquerdo é neutro; lado direito tem +5 (dos 5\mathrm{H}^{+}). Para igualar, coloco 5 elétrons no lado direito (elétrons tornam o lado mais negativo), obtendo carga zero em ambos os lados:
\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}\rightarrow \mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+5\mathrm{H}^{+}+5e^{-}.
Observação conceptual: elétrons aparecem no produto nesta semi‑reação porque é uma oxidação (a espécie perde elétrons).

Passo 4

Montar e balancear a semi‑reação de redução ( \mathrm{ClO}_{3}^{-}\rightarrow \mathrm{HClO}) em meio ácido, passo a passo:
Escrevo a reação básica:
\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}\rightarrow \mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})}.
Balanceio Cl (já 1 e 1). Balanceio O: lado esquerdo tem 3 O, lado direito tem 1 O, então adiciono 2 \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} ao lado direito para somar 2 O:
\mathrm{ClO}_{3}^{-}\rightarrow \mathrm{HClO}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Balanceio H adicionando \mathrm{H}^{+}. Lado direito tem 1 H na \mathrm{HClO} e 2\times 2=4 H nas duas águas, total 5 H; lado esquerdo tem 0 H, então adiciono 5\mathrm{H}^{+} ao lado esquerdo:
5\mathrm{H}^{+}+\mathrm{ClO}_{3}^{-}\rightarrow \mathrm{HClO}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Agora balanceio carga com elétrons. Cargas: lado esquerdo +5 (dos 5\mathrm{H}^{+}) mais -1 da \mathrm{ClO}_{3}^{-} +4. Lado direito é neutro (todas as espécies são neutras). Para igualar, adiciono 4e^{-} ao lado esquerdo (elétrons diminuem carga positiva), obtendo:
5\mathrm{H}^{+}+\mathrm{ClO}_{3}^{-}+4e^{-}\rightarrow \mathrm{HClO}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.
Observe: elétrons ficam no reagente nesta semi‑reação porque é redução (a espécie consome elétrons).

Passo 5

Igualar o número de elétrons trocados entre as semi‑reações.
A semi‑reação de oxidação libera 5e^{-}. A de redução consome 4e^{-}.
Mínimo múltiplo comum entre 5 e 4 é 20. Multiplico a semi‑reação de oxidação por 4 e a de redução por 5:
Multiplicando a oxidação por 4:
4\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+16\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}\rightarrow 4\mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+20\mathrm{H}^{+}+20e^{-}.
Multiplicando a redução por 5:
25\mathrm{H}^{+}+5\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}+20e^{-}\rightarrow 5\mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})}+10\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}.
Agora cada lado que contém elétrons tem 20e^{-}, que vão se cancelar ao somar as duas semi‑reações.

Passo 6

Somar as semi‑reações multiplicadas e cancelar espécies iguais dos dois lados:
Somando as equações (elétrons se cancelam):
\begin{aligned} &4\mathrm{As}+16\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+25\mathrm{H}^{+}+5\mathrm{ClO}_{3}^{-}+20e^{-}\\\ &\qquad\rightarrow 4\mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4}+20\mathrm{H}^{+}+5\mathrm{HClO}+10\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+20e^{-}. \end{aligned}
Cancelando 20e^{-} em ambos os lados, e em seguida simplificando \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} e \mathrm{H}^{+} que aparecem dos dois lados:
  • Água: 16\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} (esq.) e 10\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} (dir.) → sobra 16-10=6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} no lado esquerdo.
  • Íons \mathrm{H}^{+}: 25\mathrm{H}^{+} (esq.) e 20\mathrm{H}^{+} (dir.) → sobra 25-20=5\mathrm{H}^{+} no lado esquerdo.
Ficamos com:
4\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}+5\mathrm{H}^{+}+5\mathrm{ClO}_{3}^{-}\rightarrow 4\mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+5\mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})}.

Passo 7

Verificação final (átomos e cargas):
  • As: 4 à esquerda, 4 à direita.
  • Cl: 5 à esquerda, 5 à direita.
  • O: esquerda 5\times3+6\times1=15+6=21; direita 4\times4+5\times1=16+5=21.
  • H: esquerda 6\times2+5=12+5=17; direita 4\times3+5\times1=12+5=17.
  • Carga: esquerda 5\mathrm{ClO}_{3}^{-} -5 e 5\mathrm{H}^{+} +5 → carga total 0; direita todas as espécies são neutras → carga 0.
Tudo conferido: equação balanceada em meio ácido.

Resposta

4\mathrm{As}_{(\mathrm{s})}+6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}+5\mathrm{H}^{+}+5\mathrm{ClO}_{3(\mathrm{aq})}^{-}\rightarrow 4\mathrm{H}_{3}\mathrm{AsO}_{4(\mathrm{aq})}+5\mathrm{HClO}_{(\mathrm{aq})}

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