Utilizando o número de oxidação balanceie cada uma das seguintes equações para as seguintes reações
\mathrm{CuO}+\mathrm{NH}_{3} \rightarrow \mathrm{~N}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{Cu}

Passo 1

O enunciado pede para balancear, usando o número de oxidação, a reação:
\mathrm{CuO} + \mathrm{NH}_{3} \rightarrow \mathrm{N}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + \mathrm{Cu}
Informações dadas (lista dos reagentes e produtos, sem coeficientes conhecidos):
\mathrm{CuO},\\ \mathrm{NH}_{3}\quad\text{(reagentes)};\qquad \mathrm{N}_{2},\\ \mathrm{H}_{2}\mathrm{O},\\ \mathrm{Cu}\quad\text{(produtos)}
O que é pedido: encontrar coeficientes inteiros mínimos que tornem a equação balanceada (mesma quantidade de cada átomo em ambos os lados) usando o método por números de oxidação.

Passo 2

Entendendo números de oxidação (mini-aula):
  • Número de oxidação (n.o.) é uma forma de contar elétrons atribuídos a cada átomo em uma molécula/íon ficticiamente. Serve para identificar oxidação e redução.
  • Regras principais que usaremos:
    1. Um átomo em sua forma elementar tem n.o. 0 (ex.: \mathrm{N}_2, \mathrm{Cu}).
    2. Para um composto neutro, a soma dos números de oxidação de todos os átomos é 0.
    3. Hidrogênio ligado a não-metais costuma ter n.o. +1.
    4. Oxigênio (na maioria dos compostos comuns) tem n.o. -2.
  • Exemplo rápido: em \mathrm{H_2O}, cada H é +1 e O é -2 porque 2(+1)+(-2)=0.
Agora aplicamos isso a cada espécie da reação para encontrar os n.o.:
Para \mathrm{CuO}: seja x o n.o. de \mathrm{Cu}.
x + (-2) = 0 \quad\Rightarrow\quad x = +2.
Logo \mathrm{Cu} em \mathrm{CuO} é +2 e \mathrm{O} é -2.
Para \mathrm{NH_3}: seja y o n.o. de \mathrm{N}.
y + 3\cdot(+1) = 0 \quad\Rightarrow\quad y = -3.
Logo \mathrm{N} em \mathrm{NH_3} é -3 e cada H é +1.
Para os produtos:
\mathrm{N}_2:\\ \mathrm{N}=0\quad(\text{elementar});\qquad \mathrm{H}_2\mathrm{O}:\\ H=+1,\\ O=-2;\qquad \mathrm{Cu}:\\ \mathrm{Cu}=0\\ (\text{elementar}).

Passo 3

Identificar oxidação e redução (quem perde/ganha elétrons):
  • \mathrm{Cu}: de +2 em \mathrm{CuO} para 0 em \mathrm{Cu}. Isso significa que \mathrm{Cu} ganha elétrons → é reduzido. Cada átomo de Cu ganha 2 elétrons (pois +2 \to 0 = ganho de 2e^-).
  • \mathrm{N}: de -3 em \mathrm{NH_3} para 0 em \mathrm{N}_2. Isso significa que \mathrm{N} perde elétrons → é oxidado. Cada átomo de N perde 3 elétrons (pois -3 \to 0 = perda de 3e^-).
  • \mathrm{O} e \mathrm{H} não mudam seus números de oxidação (ficam -2 e +1, respectivamente), portanto são espectadores do ponto de vista de elétrons.

Passo 4

Balancear elétrons trocados (método dos números de oxidação):
  • Cada \mathrm{Cu} reduzido requer 2 elétrons.
  • Cada \mathrm{N} oxidado fornece 3 elétrons.
  • Para que elétrons perdidos = elétrons ganhos precisamos de um múltiplo comum entre 2 e 3. Mínimo múltiplo comum é 6.
  • Para obter 6 elétrons:
    • precisamos de 3 átomos de \mathrm{Cu}, porque 3\times 2 = 6 elétrons ganhos;
    • precisamos de 2 átomos de \mathrm{N}, porque 2\times 3 = 6 elétrons perdidos.
  • Em termos de moléculas:
    • 3 átomos de Cu vêm de 3 moléculas de \mathrm{CuO} (cada \mathrm{CuO} contém 1 Cu).
    • 2 átomos de N vêm de 2 moléculas de \mathrm{NH_3} (cada \mathrm{NH_3} contém 1 N), e esses 2 N juntos formam 1 molécula de \mathrm{N}_2.
  • Então colocamos coeficientes parciais:
3\,\mathrm{CuO} + 2\,\mathrm{NH_3} \rightarrow 1\,\mathrm{N_2} + d\,\mathrm{H_2O} + 3\,\mathrm{Cu}

Passo 5

Balancear H e O restantes (contagem de átomos):
  • Contagem de oxigênios:
    • Lado esquerdo: 3 átomos de O vindos de 3\,\mathrm{CuO}.
    • Lado direito: apenas \mathrm{H_2O} contém O, cada molécula tem 1 átomo de O; se houver d moléculas, há d átomos de O.
    • Portanto d = 3.
  • Contagem de hidrogênios:
    • Lado esquerdo: 2 moléculas de \mathrm{NH_3} têm 2\times 3 = 6 átomos de H.
    • Lado direito: d moléculas de \mathrm{H_2O} têm 2d átomos de H; com d=3 temos 2\cdot 3 = 6, compatível.
  • Verificação completa dos átomos com os coeficientes propostos:
    • Cu: 3 em reagentes ( 3\mathrm{CuO}) e 3 em produtos ( 3\mathrm{Cu}) → OK.
    • N: 2 em reagentes ( 2\mathrm{NH_3}) e 2 em produtos ( 1\mathrm{N_2}) → OK.
    • O: 3 em reagentes e 3 em produtos ( 3\mathrm{H_2O}) → OK.
    • H: 6 em reagentes e 6 em produtos → OK.

Passo 6

Confirmação final e observações:
  • Coeficientes obtidos são inteiros mínimos e satisfazem conservação de massa e troca de elétrons do processo redox.
  • A reação balanceada final (com menores coeficientes inteiros) é:
3\,\mathrm{CuO} + 2\,\mathrm{NH_3} \rightarrow \mathrm{N_2} + 3\,\mathrm{H_2O} + 3\,\mathrm{Cu}
  • Dica prática para prova: siga rigorosamente os passos — atribuir n.o., identificar mudanças, calcular elétrons por átomo, achar m.m.c. para igualar elétrons, ajustar coeficientes e por fim balancear H e O. Isso evita errar por esquecimento.

Resposta

3\,\mathrm{CuO} + 2\,\mathrm{NH_3} \rightarrow \mathrm{N_2} + 3\,\mathrm{H_2O} + 3\,\mathrm{Cu}

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