O íon nitrato é reduzido a amônia por alumínio elementar, em condições alcalinas, com a formação do tetra -hidroxialuminato, sendo assim, responda:
a) Escreva as semi-reações e a equação global balanceadas para essa reação.
b) Calcule o
para a reação, sabendo-se que os potenciais de redução do nitrato para amônia e Do tetra-hidroxialuminato a alumínio elementar são
e
respectivamente.
a) Escreva as semi-reações e a equação global balanceadas para essa reação.
b) Calcule o
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (a) escrever as semi‑reações (meio‑reações) e a equação global balanceadas para a redução do íon nitrato a amônia por alumínio elementar em meio alcalino, formando o tetra‑hidroxialuminato; (b) calcular
(potencial padrão da célula) sabendo que os potenciais padrão de redução são
para a redução do nitrato a amônia e
para a redução do tetra‑hidroxialuminato a alumínio elementar.
Informações dadas que vou usar:
(redução)
(redução)
Informações dadas que vou usar:
Passo 2
Balancear a semi‑reação de redução do nitrato a amônia em meio básico — método passo a passo e explicação didática.
- Começo pela forma conhecida em meio ácido (essa é uma meia‑reação padrão): em meio ácido, a redução de
a é
Explicação: o nitrogênio passa de oxidação
para
(diferença de 8 elétrons), balanceando H e O com
e
.
- Converter para meio básico: para cada
adicionamos aos dois lados (pois ). Adicionando a ambos os lados temos
Agora simplificamos
no lado esquerdo:
vira
. Então
Subtraindo
de ambos os lados:
- Expressar o produto como
(em meio básico o principal produto é amônia): use a reação . Aplicando isso ao membro direito (consome 1 dos 10 e transforma em ):
Simplificando
(esq.) menos
(dir.):
Esta é a semi‑reação de redução do nitrato a amônia em meio básico e já está balanceada em átomos e cargas. (Observação: este processo consome 8 elétrons; por isso a meia‑reação tem coeficiente
.)
Passo 3
Obter a semi‑reação de oxidação do alumínio a tetra‑hidroxialuminato, a partir do potencial dado.
O potencial fornecido é o da redução
Isso significa que a meia‑reação inversa (oxidação do alumínio, que é a que ocorre aqui) é
Explicação: inverter uma semi‑reação de redução para obter a oxidação troca o sentido e muda o sinal do potencial. No entanto, para combinar as meio‑reações e calcular
usamos os potenciais de redução originais (veja passo 5).
Passo 4
Combinar as meio‑reações, igualando o número de elétrons.
A semi‑reação de redução (nitrato → amônia) consome
:
A semi‑reação de oxidação (Al →
) produz
:
Para cancelar elétrons, multiplico a primeira por
(ficam
) e a segunda por
(também
).
Multiplicando:
Redução ×3:
Redução ×3:
Oxidação ×8:
Somando as duas equações e cancelando
:
Simplificando
(32 à esq. e 27 à dir.) restam
à esquerda:
Verificação rápida: átomos e cargas conferem (N, Al, O, H e carga total =
de cada lado). Portanto esta é a equação global balanceada em meio básico.
Passo 5
Calcular
(potencial padrão da reação) e explicar por que não precisamos ajustar por coeficientes.
Fórmula para o potencial padrão da célula:
Observação importante:
é uma propriedade intensiva — multiplicar uma semi‑reação por um fator não altera seu potencial — então não precisamos multiplicar potenciais quando ajustamos elétrons.
Aqui:
cátodo (redução) = redução com
.
ânodo (redução) = redução com
(mas como Al está sendo oxidado usamos este potencial como o valor de
na fórmula).
cátodo (redução) = redução
ânodo (redução) = redução
Cálculo:
Interpretação:
positivo indica que, sob condições padrão, a reação escrita (nitrato sendo reduzido por Al em meio alcalino) é termodinamicamente favorável (espontânea em termos de potencial eletroquímico).
Resposta
(a) Semi‑reações e equação global balanceada:
Equação global balanceada:
(b)
.