Questão 9: Balanceie as seguintes reações químicas:
Passo 1
O enunciado pede para balancear as seguintes reações químicas (vou copiar exatamente o que foi dado):
(notei que no enunciado apareceu como
, vou tratar a forma canônica onde ainda há que encontrar coeficientes inteiros mínimos)
Essas são as cinco equações que preciso balancear; a saída final pedida é cada reação com coeficientes estequiométricos inteiros que respeitem conservação de átomos (e conservação de carga quando houver íons).
Passo 2
Antes de começar, um mini-aula sobre o princípio que usamos (sem pânico, é só raciocínio de contagem):
- Regra fundamental: os átomos de cada elemento não se criam nem se destroem numa reação. Então, para cada elemento, o número total de átomos no lado dos reagentes deve ser igual ao número total de átomos no lado dos produtos.
- Procedimento prático comum: atribuímos coeficientes inteiros (positivos) às espécies químicas e ajustamos esses coeficientes até que, para cada elemento, a contagem à esquerda e à direita coincida.
- Dicas rápidas: normalmente balanceamos primeiro elementos diferentes de H e O, e H e O por fim (em reações de combustão ou envolvendo
, , ácidos, etc.). Se formarem frações, multiplicamos toda a equação por um número para obter inteiros mínimos. - Para reações em meio ácido que envolvem espécies iônicas e mudança de número de oxidação (redox), usamos o método das semi-reações (metade-reações) — balanceamos átomos e carga adicionando
, e elétrons , depois combinamos para cancelar elétrons.
Agora vamos aplicar isso passo a passo em cada equação.
Passo 3
Equação 1:
.
- Contagem inicial dos elementos por mol de cada substância (assumindo coeficientes desconhecidos): carbono
, hidrogênio , oxigênio . - Observações:
tem 1 átomo de e 4 de . tem 1 e 2 . tem 2 e 1 . fornece 2 átomos de por molécula. - Balancear
: há 1 no reagente ( ), então precisamos de 1 molécula de no produto. Assim coeficiente de é . - Balancear
: reagente tem 4 (em ). Cada traz 2 , então precisamos de moléculas de . Logo coeficiente de é . - Agora balancear
: do lado dos produtos temos molécula de que dá átomos de , e moléculas de que dão átomos de (porque ). Total nos produtos = átomos. Cada traz átomos, então precisamos de moléculas de . - Conclusão: coeficientes inteiros mínimos são:
para , para , para , para .
Passo 4
Equação 2:
.
- Contagens da molécula orgânica:
tem átomos de , de e de . - Balancear
: devem aparecer moléculas de (cada tem 1 ), então coeficiente de = . - Balancear
: há hidrogênios; cada tem , então precisamos de moléculas de . Coeficiente de = . - Agora contar
total nos produtos: contribui átomos de ; contribui átomos de . Total nos produtos = átomos. - Dos reagentes, a molécula
já contém átomo de . O restante tem que vir do . Então precisa fornecer átomos de . Como cada tem átomos, são necessárias moléculas de . Ou seja, coeficiente de = . - Preferimos coeficientes inteiros: multiplicamos toda a equação por
para eliminar a fração. Resultado com inteiros: . (Note que multiplicando por deu em e por deu em .)
Passo 5
Equação 3:
.
- Escrevemos coeficientes desconhecidos:
. Queremos inteiros mínimos. - Balancear
: no produto cada molécula de tem átomos de Fe, então . - Balancear
: no produto cada tem átomos de , então total de no produto é . Como cada tem átomos de , temos . - Procuramos os menores inteiros
que satisfaçam e . Tomando (menor inteiro que torna par), obtemos e . - Conclusão: equação balanceada com inteiros mínimos:
.
Passo 6
Equação 4:
.
- Observações estruturais: o produto
contém átomos de Al e radicais . Cada tem S e O. - Balancear Al: no produto há
Al por fórmula, então precisamos de átomos de Al no reagente. Logo coeficiente de = . - Agora balancear o grupo
: produto tem desses grupos, então precisamos de moléculas de (cada uma traz um ). Então coeficiente de = . - Contagem de
: reagentes têm átomos de . No produto o hidrogênio está em ; para ter 6 H precisamos de moléculas de . Logo coeficiente de = . - Verificação rápida de oxigênio e enxofre: com
nós temos S que casam com os no produto, e O que aparece nos grupos do produto. Tudo consistente. - Conclusão: equação balanceada:
.
Passo 7
Equação 5:
.
Esta é uma reação de oxidação/ redução em meio ácido (aparecem íons e
). Vou usar o método das semi-reações (half-reaction method), porque esse método garante que átomos e cargas fiquem balanceados — passo a passo e sem suposições ocultas.
Esta é uma reação de oxidação/ redução em meio ácido (aparecem íons
Passo 8
Primeira semi-reação (oxidação do nitrogênio):
Escrevemos a transformação do nitrogênio: .
Escrevemos a transformação do nitrogênio:
- Balancear
: já há 1 átomo de em cada lado. - Balancear
: produto tem 2 átomos de (em ); como não há em , adicionamos moléculas de água ao lado que precisa de oxigênio. Uma convenção prática: adicionamos ao lado dos reagentes para prover os O necessários:
- Balancear
: agora do lado esquerdo temos átomos de . Do lado direito colocamos íons para balancear os hidrogênios:
- Balancear carga: lado esquerdo carga total
. Lado direito tem carga (de ) + (dos ) = . Para equilibrar cargas, adicionamos elétrons ao lado que está com carga positiva em excesso (a adição de elétrons reduz a carga). Precisamos reduzir para , então adicionamos ao lado direito:
Esta é a semi-reação de oxidação (observe os elétrons no lado dos produtos — são perdidos).
Passo 9
Segunda semi-reação (redução do oxigênio):
Transformação básica do oxigênio molecular para água em meio ácido: .
Transformação básica do oxigênio molecular para água em meio ácido:
- Balancear
: tem 2 átomos de , cada tem 1 , então para consumir 1 precisamos formar :
- Balancear
: o lado direito tem átomos de , então adicionamos ao lado esquerdo:
- Balancear carga com elétrons: lado esquerdo tem carga
(dos ), lado direito é neutro. Para igualar, adicionamos ao lado esquerdo (redução consome elétrons):
Passo 10
Combinar as semi-reações fazendo com que os elétrons se cancelem:
- Semi-oxidação (da Passo 8) produz
. Semi-redução (Passo 9) consome . Para cancelar elétrons, usamos o mínimo múltiplo comum: . - Multiplicamos a semi-oxidação por
(vai produzir ) e a semi-redução por (vai consumir ). Escrevendo:
Semi-oxidação
:
Semi-redução
:
- Somamos membro a membro; os
se cancelam automaticamente.
Passo 11
Somando e simplificando água e íons hidrogênio:
- Soma dos dois lados antes de cancelar termos iguais:
Lado esquerdo combinado:
Lado direito combinado: - Cancelam-se
. Agora simplificamos as moléculas de água e os que aparecem em ambos os lados:
- Água: há
no lado esquerdo e no direito → subtraindo de ambos os lados sobra no lado direito. - Íons hidrogênio: há
no lado esquerdo e no direito → subtraindo de ambos os lados sobra no lado direito.
- Resultado após simplificação:
Passo 12
Verificação final e possibilidade de simplificação: todos os coeficientes são inteiros. Podemos checar rapidamente a conservação de átomos e carga:
- Nitrogênio:
à esquerda (em ), à direita (em ). - Hidrogênio: esquerda
H; direita (2 H) + (4 H) → total . - Oxigênio: esquerda
O; direita (em ) + (em ) → total . - Carga: esquerda neutra (0). Direita:
dá , dá , água neutra → soma . Tudo conferido.
Portanto a equação está balanceada e com coeficientes inteiros mínimos.