\mathbf{1} - ( \mathbf{1 , 0} pontos) Hidrazina \left(\mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}\right) e tetróxido de dinitrogênio \left(\mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}\right) formam uma mistura auto-inflamável que tem sido usada como propelente de foguetes. Os produtos da reação são \mathrm{N}_{2} e \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}.
(a) Escreva uma equação química balanceada para esta reação. Indicando todas as etapas do balanceamento pelo método das semirreações.
(b) Indique as espécies que sofrem oxidação e redução, indicando os agentes redutores e oxidantes.

Passo 1

O enunciado pede para balancear a reação entre hidrazina \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 e tetróxido de dinitrogênio \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, cujos produtos são \mathrm{N}_2 e \mathrm{H}_2\mathrm{O}. O conteúdo é balanceamento redox pelo método das semirreações (íon-elétron) em meio ácido.

Passo 2

Determinar os números de oxidação de nitrogênio em cada espécie:
– Em \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4, cada H vale +1, então a soma é 4(+1)=+4; para ficar neutra, 2\mathrm{N}=-4, logo cada N em \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 tem oxidação -2.
– Em \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, cada O vale -2, soma 4(-2)=-8; para ficar neutra, 2\mathrm{N}=+8, logo cada N tem oxidação +4.
– Em \mathrm{N}_2 o N é 0. Em \mathrm{H}_2\mathrm{O}, H é +1 e O é -2.
Assim, N passa de -2\to0 (oxidação) e de +4\to0 (redução).

Passo 3

Escrever as duas semirreações não balanceadas em massa e carga:
– oxidação (hidrazina a gás nitrogênio):
\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 \longrightarrow \mathrm{N}_2
– redução (tetróxido a gás nitrogênio):
\mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 \longrightarrow \mathrm{N}_2

Passo 4

Balancear nitrogênios em cada semirreação:
– oxidação: já há 2 N de cada lado.
– redução: já há 2 N de cada lado.

Passo 5

Balancear oxigênios e hidrogênios por água e prótons (em meio ácido):
– semirreação de oxidação não tem O, mas há 4 H em \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4. Para balancear H:
\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 \longrightarrow \mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}^+
– semirreação de redução tem 4 O em \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, que viram 4 H _2O do lado direito; para isto adiciona-se 4 H _2O e, para balancear H, inclui-se 8 H ^+ no lado esquerdo:
\mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 + 8\,\mathrm{H}^+ \longrightarrow \mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}

Passo 6

Balancear carga adicionando elétrons:
– oxidação: do lado direito há +4 (prótons), então incluem-se 4 e ^- ali:
\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 \longrightarrow \mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}^+ + 4\,\mathrm{e}^-
– redução: do lado esquerdo há +8 (prótons), então inclui-se 8 e ^- ali:
\mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 + 8\,\mathrm{H}^+ + 8\,\mathrm{e}^- \longrightarrow \mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}

Passo 7

Igualar o número de elétrons trocados (8 e ^-) multiplicando a semirreação de oxidação por 2:
2\,\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 \longrightarrow 2\,\mathrm{N}_2 + 8\,\mathrm{H}^+ + 8\,\mathrm{e}^-

Passo 8

Somar as semirreações, cancelando 8\,\mathrm{e}^- e 8\,\mathrm{H}^+:
2\,\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 + \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 \longrightarrow 3\,\mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}

Passo 9

Concluir a equação balanceada e identificar agentes:
– quem se oxida é \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 (N de -2\to0), logo ela é o agente redutor.
– quem se reduz é \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 (N de +4\to0), logo ela é o agente oxidante.

Resposta

(a) Equação química balanceada:
2\,\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 + \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 \longrightarrow 3\,\mathrm{N}_2 + 4\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}
(b) Espécies e agentes:
\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 sofre oxidação de N( -2\to0) e é o agente redutor.
\mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 sofre redução de N( +4\to0) e é o agente oxidante.

Exercícios relacionados