Princípios Básicos de Eletroquímica. Exercícios de Fixação

  • Balanceie as seguintes equações simplificadas usando as semi-reações de oxidação e redução. Identifique o agente oxidante e o agente redutor em cada equação.
\begin{aligned} & \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\rightleftarrows} \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{SO}_{4}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathbf{5 H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}{ }^{2-}(\mathrm{aq})+4 \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\Longleftrightarrow} 8 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{SO}_{4}{ }^{2-}(\mathrm{aq})+10 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{MnO}_{4}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\rightleftarrows} \mathrm{Mn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{HSO}_{4}^{-}{ }^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{H}_{2} \mathrm{~S}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{S}(\mathrm{~s})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\rightleftarrows} \mathrm{HClO}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{SeO}_{3}{ }^{2-}(\mathrm{aq})+\mathrm{ClO}_{3}{ }^{-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\rightleftarrows} \mathrm{SeO}_{4}{ }^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \\\ & \mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{7} \mathrm{OH}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{Cr}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{Au}(\mathrm{~s})+\mathrm{SeO}_{4}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{Au}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{SeO}_{3}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{H}_{2} \mathrm{SbO}_{3}{ }^{2-}(\mathrm{aq})+\mathrm{Zn}(\mathrm{~s}) \stackrel{\mathrm{H}^{+}}{\Longrightarrow} \mathrm{SbH}_{3}(\mathrm{aq})+\mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{O}_{3}(\mathrm{aq})+\mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{BrO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & 3 \mathrm{O}_{3}(\mathrm{aq})+\mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} 3 \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{BrO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{Br}_{2}(\mathrm{l}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{BrO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{Br}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{Cr}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{MnO}_{2}(\mathrm{~s}) \stackrel{\text { OH }}{\Longleftrightarrow} \mathrm{Mn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{CrO}_{4}{ }^{2-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{P}_{4}(\mathrm{~s}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{2}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{PH}_{3}(\mathrm{~g}) \\\ & \mathrm{Cl}_{2} \mathrm{O}_{7}(\mathrm{~g})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq}) \stackrel{\text { OH }}{\Longleftrightarrow} \mathrm{ClO}_{2}{ }^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \\\ & \mathrm{MnO}_{4}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{S}^{2-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{~S}(\mathrm{~s})+\mathrm{MnO}(\mathrm{~s}) \\\ & \mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}(\mathrm{~g})+\mathrm{ClO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\text { OF }}{\Longleftrightarrow} \mathrm{NO}(\mathrm{~g})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \\\ & \mathrm{Pb}(\mathrm{OH})_{4}{ }^{2-}(\mathrm{aq})+\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{OH}}{\Longleftrightarrow} \mathrm{PbO}_{2}(\mathrm{~s})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \end{aligned}

Passo 1

Resumindo o enunciado: precisamos balancear várias reações redox em meio ácido ou básico usando o método das semi-reações de oxidação e redução, e em cada caso identificar o agente oxidante (que sofre redução) e o agente redutor (que sofre oxidação). O procedimento geral em meio ácido é:
  1. Escrever as semi-reações de oxidação e de redução não balanceadas.
  2. Balancear todos os átomos diferentes de H e O.
  3. Balancear oxigênios adicionando \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  4. Balancear hidrogênios adicionando \mathrm{H}^+.
  5. Balancear as cargas adicionando elétrons \mathrm{e}^-.
  6. Igualar o número de elétrons nas duas semi-reações, somá-las e simplificar.
Em meio básico, além desses passos usa-se \mathrm{OH}^- para neutralizar \mathrm{H}^+.

Passo 2

Aplicando o procedimento à reação
\mathrm{Cl}_2(g) + \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-}(aq) \xrightarrow{\mathrm{H}^+} \mathrm{Cl}^-(aq) + \mathrm{SO}_4^{2-}(aq)
  1. Semi-reação de redução (C l_{2} → C l^{-}):
\mathrm{Cl}_2 + 2\,\mathrm{e}^- \longrightarrow 2\,\mathrm{Cl}^-
  1. Semi-reação de oxidação \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-} \to \mathrm{SO}_4^{2-}:
\mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-} + 5\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} \longrightarrow 2\,\mathrm{SO}_4^{2-} + 10\,\mathrm{H}^+ + 8\,\mathrm{e}^-
  1. Igualando elétrons, multiplica a redução por 4:
4\,\mathrm{Cl}_2 + 8\,\mathrm{e}^- \to 8\,\mathrm{Cl}^-
  1. Soma-se e simplifica:
5\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-} + 4\,\mathrm{Cl}_2 \;\xrightarrow{\mathrm{H}^+}\; 8\,\mathrm{Cl}^- + 2\,\mathrm{SO}_4^{2-} + 10\,\mathrm{H}^+
Agente oxidante (aceita elétrons): \mathrm{Cl}_2.
Agente redutor (doa elétrons): \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-}.

Resposta

A primeira reação, já balanceada e com agentes, é
5\,\mathrm{H}_2\mathrm{O} + \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-} + 4\,\mathrm{Cl}_2 \xrightarrow{\mathrm{H}^+} 8\,\mathrm{Cl}^- + 2\,\mathrm{SO}_4^{2-} + 10\,\mathrm{H}^+.
Agente oxidante: \mathrm{Cl}_2.
Agente redutor: \mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-}.
(Para as demais reações segue-se exatamente o mesmo procedimento de semi-reações em meio ácido ou básico.)

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