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1 Química Balanceamento redox Resumo Para balancear uma reação de oxirredução, realizam-se os seguintes passos: 1. Determinar o NOX dos elementos na equação; 2. Identificar os elementos que sofreram oxidação e redução, encontrando a variação de NOX (Δ) de cada um (ex.: se um elemento tinha NOX +2 e passou para +4, seu Δ será igual a 2). 3. Multiplicar o valor de cada variação encontrada pelo número de átomos destes elementos na substância em que estiverem em maior número. 4. O valor da variação total do elemento que sofreu oxidação deve ser transportado como coeficiente para o elemento que sofreu redução e vice-versa. Obs: A substância que deve receber o coeficiente é aquela que possui o maior número de átomos que efetivamente se oxidaram ou reduziram, esteja ela nos produtos ou nos reagentes. Obs2: Se um dos elementos que sofreu oxidação ou redução aparecer nos produtos também na sua forma original, ou seja, se a oxidação ou redução não tiver sido completa, o coeficiente deve ser posto na substância que sofreu variação de NOX. 5. Terminar o balanceamento pelo método das tentativas. Como exemplo, balancearemos a seguinte reação: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O Mn: +7 → +2 REDUÇÃO ΔMn = 5 Cl: -1 → 0 OXIDAÇÃO ΔCl = 1 Como todas as substâncias de Mn tem apenas um átomo, o ΔMn é multiplicado por 1. ΔMn = 5 . 1 = 5 A substância que contém o Cl que sofreu oxidação é o Cl2, com 2 átomos, então o ΔCl deve ser multiplicado por 2. ΔCl = 1 . 2 = 2 O ΔCl é transferido como coeficiente para os compostos de Mn (os dois possuem o mesmo número de átomos de Mn), e o ΔMn é transferido para o Cl2, já que este contém o Cl reduzido. 2 KMnO4 + HCl → KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + H2O Agora basta balancear por tentativas, na ordem: K, Cl, H e conferir se o balanceamento de O está correto. 2 KMnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O 2 Química O mais importante ao balancear estas reações é colocar os coeficientes nas substâncias corretas: aquelas que apresentaram variação de NOX e que contêm o maior número dos átomos envolvidos na reação redox. Balancearemos agora esta reação: K2Cr2O7 + Na2C2O4 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O + CO2 Determinar os NOX: +1 +6 -2 +1 +3 -2 +1 +6 -2 +1 +6 -2 +3 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2 +4 -2 K2Cr2O7 + Na2C2O4 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O + CO2 Cr: +6 → +3 REDUÇÃO ΔCr = 3 C: +3 → +4 OXIDAÇÃO ΔC = 1 Como todas as substâncias de Cr tem 2 unidades deste átomo, o ΔCr é multiplicado por 2. ΔCr = 3 . 2 = 6 A substância que contém mais átomos de C é o oxalato de sódio, nos reagentes, com 2 átomos, então o ΔC deve ser multiplicado por 2. ΔC = 1 . 2 = 2 Obs: Como 6 e 2 são múltiplos, é possível simplificar os coeficientes dividindo-os por 2! ΔCr = 3 . 2 = 6 → 3 ΔC = 1 . 2 = 2 → 1 O ΔC é transferido como coeficiente para os compostos de Cr (os dois possuem o mesmo número de átomos de Cr), e o ΔCr é transferido para o Na2C2O4, já que este contém o maior número de C. 1 K2Cr2O7 + 3 Na2C2O4 + H2SO4 → K2SO4 + 1 Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O + CO2 Agora basta balancear por tentativas, na ordem: K e Na, C e S, H e conferir se o balanceamento de O está correto. Obs: Todos os átomos de enxofre aparecem na forma de SO42-, então você pode balancear os íons sulfato como uma só espécie e todos os oxigênios contidos neste íon estarão automaticamente balanceados! Casos especiais Oxidação/redução de mais de um átomo 1 K2Cr2O7 + 3 Na2C2O4 + 7 H2SO4 → 1 K2SO4 + 1 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 7 H2O + 6 CO2 3 Química Neste caso, é preciso calcular o Δ total de oxidação (Δox) e de redução (Δred), somas dos Δ de cada elemento, considerando apenas os reagentes: ΔAs = (+5 - 3) . 2 = 4 ΔS = (+6 - (-2)) . 3 = 24 Δox = ΔAs + ΔS = 28 ΔN = (+5 – 2) . 1 = 3 Δred = ΔN + ΔS = 3 Então o agente oxidante (HNO3) receberá o Δox como coeficiente e o agente redutor (As2S3), o Δred: 3 As2S3 + 28 HNO3 + H2O → H3AsO4 + H2SO4 + NO O restante do balanceamento é obtido por tentativas: 3 As2S3 + 28 HNO3 + 4 H2O → 6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO Reação autorredox 0 -1 +5 Cl2 + OH− → Cl− + ClO3− + H2O Em reações de desproporcionamento, em que um mesmo elemento sofre oxidação e redução, determine o Δ de redução e o Δ de oxidação considerando apenas os produtos, mesmo que possuam menor número do átomo que reage. ΔClO3 = (+5 - 0) . 1 = 5 ΔCl- = (1 - 0) . 1 = 1 Cada produto recebe o Δ do outro como coeficiente: Cl2 + OH− → 5 Cl− + 1 ClO3− + H2O O restante sai por tentativas: 3 Cl2 + 6 OH− → 5 Cl− + ClO3− + 3 H2O 4 Química Exercícios 1. Um dos processos do ciclo natural do nitrogênio, responsável pela formação de cerca de 5% do total de compostos de nitrogênio solúveis em água, essencial para sua absorção pelos vegetais, é a sequência de reações químicas desencadeada por descargas elétricas na atmosfera (raios), que leva à formação de NO2 gasoso pela reação entre N2 e O2 presentes na atmosfera. A segunda etapa do processo envolve a reação do NO2 com a água presente na atmosfera, na forma de gotículas, representada pela equação química: ( ) ( ) ( ) ( )2 2 3x NO g y H O z HNO aq t NO g+ → + a) O processo envolvido na formação de NO2 a partir de N2 é de oxidação ou de redução? Determine o número de mols de elétrons envolvidos quando 1 mol de N2 reage. b) Balanceie a equação química da segunda etapa do processo, de modo que os coeficientes estequiométricos x, y, z e t tenham os menores valores inteiros possíveis. 2. O permanganato de potássio é altamente reativo e pode oxidar uma grande variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas. Em um desses processos de oxidação, o KMnO4 transforma-se em MnO2. Devido a essa propriedade foi empregado ao longo de muitos anos, no tratamento de água para remoção de ferro (Fe2+) que precipita como hidróxido de ferro(III). Uma das desvantagens desse tratamento é o risco de a água ficar com coloração rosa. A equação não balanceada, escrita a seguir, representa a transformação do 𝐾𝑀𝑛𝑂4 em 𝑀𝑛𝑂2(𝑠). 2 4 2 3(s) 2(s)Fe KMnO H O Fe(OH) MnO K H + + ++ + → + + + Disponível em: http://qnint.sbq.org.br a) Escreva a equação completa e balanceada da reação de eliminação de (𝐹𝑒2+) da água, descrita no texto. b) Indique um processo físico que pode ser utilizado para separar o 𝐾𝑀𝑛𝑂4 de uma água residual rosa. 5 Química 3. Dada a seguinte equação iônica de oxidorredução da reação, usualmente utilizada em etapas de sínteses químicas, envolvendo o íon dicromato (Cr2O7 2−) e o ácido oxálico (H2C2O4): Cr2O7 2− + H2C2O4 + H + → Cr3+ + CO2 + H2O Considerando a equação acima e o balanceamento de equações químicas por oxidorredução, a soma total dos coeficientes mínimos e inteiros obtidos das espécies envolvidas e a substância que atua como agente redutor são, respectivamente, a) 21 e ácido oxálico. b) 26 e dicromato. c) 19 e dicromato. d) 27 e ácido oxálico. e) 20 e hidrogênio. 4. A respeito da equação iônica de oxirredução abaixo, não balanceada, são feitas as seguintes afirmações: 2 3 3 2 4 2IO HSO I SO H H O − − − ++ → + + + I. a soma dos menores coeficientes inteiros possível para o balanceamento é 17. II. o agente oxidante é o ânion iodato. III. o composto que ganha elétrons sofre oxidação. IV. o Nox do enxofre varia de +5 para +6. Das afirmações acima, estão corretas somente a) II e III. b) I e II. c) I e III. d) II e IV. e) I e IV. 6 Química 5. Considere a reaçãoquímica representada pela equação: 2(s) (aq) 2(aq) 2 ( ) 2(g)aMnO bHC cMnC dH O eC+ → + + Em que a, b, c, d e e são os coeficientes estequiométricos da equação química balanceada. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). (01) A reação acima pode ser balanceada usando-se os menores números inteiros possíveis, de forma que a b c d e+ + + + seja igual a 9. (02) 2 mols de (aq) HC são consumidos para cada 1mol de 2(aq) MnC formado. (04) A reação entre 2(s) MnO e (aq) HC é uma reação de oxirredução. (08) Um dos produtos da reação é um gás oxidante e mais denso que o ar. (16) O número de oxidação do manganês no 2(s) MnO é 2.+ Soma: ( ) 6. O fósforo branco, substância química cuja estrutura é representada pela fórmula 𝑃4, é utilizado em algumas munições fumígenas (munições que produzem fumaça). Ele pode ser obtido a partir da fosforita (𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2), um mineral de fosfato de cálcio, por meio da reação com sílica (dióxido de silício – 𝑆𝑖𝑂2) e carvão coque (𝐶) um forno especial a 1.300 °𝐶. A equação não balanceada da reação é: Ca3(PO4)2(s) + SiO2(s) + C(s) → CaSiO3(s) + CO(g) + P4(s) Acerca deste processo, são feitas as seguintes afirmativas: I. Após o balanceamento da equação por oxidorredução, a soma dos coeficientes estequiométricos é igual a 35. II. O dióxido de silício é uma molécula que apresenta estrutura de geometria molecular angular. III. O agente redutor do processo é o dióxido de silício. IV. Neste processo ocorre a oxidação do carbono. Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas, dentre as listadas acima. a) I, II e III. b) I, III e IV. c) II e IV. d) III e IV. e) I e IV. 7 Química 7. O permanganato de potássio (KMnO4) é muito empregado como agente oxidante. Tem usos na oxidação de compostos orgânicos e como oxidante leve. Nos laboratórios de química, é empregado para oxidar a água oxigenada na determinação de sua concentração em meio ácido. A reação não balanceada que ocorre com a água oxigenada é a seguinte: 4 2 4 2 2 2 4 4 2 2KMnO H SO H O K SO MnSO H O O+ + → + + + A soma total dos coeficientes da equação acima é igual a a) 21 b) 22 c) 25 d) 26 8. Faça o balanceamento das reações a seguir pelo método redox. a) K2Cr2O7 + HCl → K2O + Cr2O3 + H2O + Cl2 b) 6 XeF4 + 12 H2O → 2 XeO3 + 4 Xe + 24 HF + 3 O2 c) 5 HIO3 + 4 FeI2 + 25 HCl → 4 FeCl3 + 13 ICl + 15 H2O 9. “Reação química, por que não se balanceia sozinha!?” A reação redox a seguir apresenta 3 espécies que se oxidam, e uma que se reduz. Seu balanceamento é praticamente impossível por tentativas, mas o método redox permite balanceá-la. +2 +2 -3 +7 +3 +2 +5 +4 K4Fe(CN)6 + KMnO4 + H2SO4 → KHSO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 + HNO3 + CO2 + H2O Sabendo que a soma dos menores coeficientes inteiros desta reação é igual a 1.028, faça o balanceamento desta reação. 8 Química 10. O conhecimento dos conceitos de oxidação e redução é de fundamental importância no estudo da biologia molecular associado à fotossíntese e à respiração, na redução de minerais para a obtenção de metais, em cálculos estequiométricos, na prevenção da corrosão e no estudo da eletroquímica. Dada a equação não balanceada, marque a única afirmação verdadeira. a) Representa uma reação de auto-oxirredução. b) Indica uma reação de oxidorredução parcial. c) Dois elementos sofrem oxidação e um elemento sofre redução. d) Quando balanceada, a soma de seus coeficientes é 9 Química Gabarito 1. a) Teremos: 2 2 21N (g) 2O (g) 2NO (g) 0 + → 4 (oxidação) 1N + 4 mol e 2 N − 2 8 mol e 8 mols de elétrons estão envolvidos quando 1mol deN reage. − b) Teremos: ( ) ( ) ( ) ( )2 2 3x NO g y H O z HNO aq t NO g 4 + → + + 5 (oxidação) 4 + + ( ) ( ) ( ) ( ) 4 5 4 2 2 2 3 2 (redução) 2N 2N 2e x 3; z 2; y 1 1N 2e N t 1 Então : 3 NO g 1H O 2 HNO aq 1NO g + + − + − + + → + = = = + → = + → + 2. a) 2 4 2 3(s) 2(s)3Fe KMnO 7H O 3Fe(OH) MnO K 5H + + ++ + → + + + b) Após sua oxidação e ser convertido em 2MnO sólido, o método mais utilizado para remover esse sólido é a filtração. 3. D Teremos: − + ++ + → + +2 32 7 2 2 4 2 2 Oxidante Redutor 2Cr O 6H C O 16H 4Cr 12CO 14H O +6 + + 3 (redução) 3 + 4 (oxidação) − + ++ + → + +2 32 7 2 2 4 2 2 Oxidante Redutor Coeficientes mínimos : 1Cr O 3H C O 8H 2Cr 6CO 7H O Soma = 1 + 3 + 8 + 2 + 6 + 7 = 27. 10 Química 4. B Teremos: I e II estão corretas. O composto que ganha elétrons sofre redução. O Nox do enxofre varia de +4 para +6. 2 3 3 2 4 2 agente agente oxidante redutor 5 2 4 6 2IO 5HSO 1I 5SO 3H 1H O 2I 10e I (redução) 5S 5S 10e (oxidação) − − − + + − + + − + → + + + + → → + Soma dos coeficientes: 2 + 5 + 1 + 5 + 3 + 1 = 17. 5. 01 + 04 + 08 = 13 (01) Correta. A reação acima pode ser balanceada usando-se os menores números inteiros possíveis, de forma que a + b + c + d + seja igual a 9. Balanceando pelo método das tentativas, vem: + → + + + + + + = 2(s) (aq) 2(aq) 2 ( ) 2(g)1MnO 4HC 1MnC 2H O 1C 1 4 1 2 1 9 (02) Incorreta. 2 mols de (aq) HC são consumidos para cada 1 2 mol de 2(aq) MnC formado. 2(s) (aq) 2(aq) 2 ( ) 2(g)1MnO 4 HC 1MnC 2 H O 1C+ → + + Dividindo por 2: 1 1 1 2(s) (aq) 2(aq) 2 ( ) 2(g)2 2 2MnO 2HC MnC 1H O C+ → + + (04) Correta. A reação entre 2(s) MnO e (aq) HC é uma reação de oxirredução. − ++ + − + − − + → + + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + 01 (aq) 2(g)2(s) 2(aq) 2 ( ) 24 redução4 2 oxidação 2 1MnO 4HC 1MnC 2H O 1C Mn 2e Mn 2C C 2e (08) Correta. Um dos produtos da reação é um gás oxidante e mais denso que o ar, ou seja, o gás cloro ( )2C . (16) Incorreta. O número de oxidação do manganês no 2(s) MnO é +4. + − − + − − = = + 2 x 2 2 MnO Mn O O x 2 2 0 x 4 11 Química 6. E I. Correta. Após o balanceamento da equação por oxidorredução, a soma dos coeficientes estequiométricos é igual a 35. ( ) ( ) 5 0 02 4(s)(s)3 4 2(s) 2(s) 3(s) (g) Redução5 Oxidação0 2 Redução5 3 4 2 Oxidação0 2 3 4 2(s) 2(s) (s Ca (P O ) SiO C CaSiO C O P 2 P 10 e 2 P 2 C C 2 e 10 4 P 20 e 4 P 2Ca (PO ) 10 C 10 C 20 e 10 C 2 Ca (PO ) 6 SiO 10 C + + + − + − + − + − + + → + + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + + + ) 3(s) (g) 4(s)6 CaSiO 10 CO 1P Soma 2 6 10 6 10 1 35 → + + = + + + + + = II. Incorreta. O dióxido de silício é uma molécula que apresenta estrutura de geometria molecular linear IV A VIA VIA O Si O . = = III. Incorreta. O agente redutor do processo é o carbono. Agente Agente oxidante redutor 3 4 2(s) 2(s) (s) 3(s) (g) 4(s) Redução5 Oxidação0 2 Ca (PO ) SiO C CaSiO CO P 2 P 10 e 2P C C 2 e + − + − + + → + + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + IV. Correta. Neste processo ocorre a oxidação do carbono. Oxidação0 2C C 2 e+ −⎯⎯⎯⎯⎯→ + 7. D ( ) ( ) + − + + − + − − + − + − − + + → + + + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + + ⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→ + + + → + + + 07 1 2 2 24 2 4 2 2 4 4 2 Redução7 2 Oxidação1 0 Redução7 2 Oxidação1 0 4 2 4 2 2 2 4 4 2 2 KMnO H SO H O K SO MnSO H O O Mn 5e Mn 2 2O 2O 2e 5 2Mn 10e 2Mn 10O 10O 10e 2 KMnO H SO 5 H O K SO 2 MnSO H O 5 O Por tentat + + → + + + = + + + + + + = 4 2 4 2 2 2 4 4 2 2 ivas, vem : 2 KMnO 3 H SO 5 H O 1 K SO 2 MnSO 8 H O 5 O Soma 2 3 5 1 2 8 5 26. 12 Química 8. a) 1 K2Cr2O7 + 6 HCl → 1 K2O + 1 Cr2O3 + 3 H2O + 3 Cl2 b) 6 XeF4 + 12 H2O → 2 XeO3 + 4 Xe + 24 HF + 3 O2 c) 5 HIO3 + 4 FeI2 + 25 HCl → 4 FeCl3 + 13 ICl + 15 H2O 9. 10 K4Fe(CN)6 + 122 KMnO4 +299 H2SO4 → 162 KHSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + 122 MnSO4 + 60 HNO3 + 60 CO2 + 188 H2O +2 +2 -3 +7 +3 +2 +5 +4 K4Fe(CN)6 + KMnO4 + H2SO4 → KHSO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 + HNO3 + CO2 + H2O Lembre-se de considerar apenas os reagentes no cálculo do Δ, já que a reação tem mais de um elemento sofrendo oxidação. ΔFe = (+3 - 2) . 1 = 1 ΔC = (+4 - 2) . 6 = 12 ΔN = (+5 - (-3)) . 6 = 48 Δox = ΔFe + ΔC + ΔN = 61 ΔMn = (+7 – 2) . 1 = 5 Δred = ΔN + ΔS = 5 O agente oxidante (KMnO4) receberá o Δox como coeficiente e o agente redutor (K4Fe(CN)6), o Δred: 5 K4Fe(CN)6 + 61 KMnO4 + H2SO4 → KHSO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 + HNO3 + CO2 + H2O O balanceamento por tentativas resultará nos seguintes coeficientes: 5 K4Fe(CN)6 + 61 KMnO4 + 299/2 H2SO4 → 81 KHSO4 + 5/2 Fe2(SO4)3 + 61 MnSO4 + 30 HNO3 + 30 CO2 + 94 H2O Agora basta multiplicar todos os coeficientes por 2 para obter apenas coeficientes inteiros. 10. C a) Incorreta. Em uma reação de auto-oxirredução o mesmo elemento oxida e reduz. b) Incorreta. A reação é de óxido-redução completa. c) Correta. Os elementos As e S sofrem oxidação e o nitrogênio sofre redução. 13 Química d) Incorreta. A reação corretamente balanceada será: cuja soma dos coeficientes é 78.
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