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85PROMILITARES.COM.BR NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) É uma carga elétrica aparente que o átomo de um elemento químico apresenta quando realiza uma ligação química. Observação • Nos compostos iônicos, o nox dos elementos participantes é igual à carga dos respectivos íons. Exemplo: Cloreto de Sódio: O cloreto de sódio é um composto iônico formado pelo cátion sódio e o ânion cloreto conforme o esquema abaixo: [Na+][C–] Desta forma o nox do sódio é +1 ou 1+ e o do cloro é -1 ou 1-. • Em compostos, que na sua estrutura verificamos apenas ligações covalentes simples, devemos levar em conta as eletronegatividades dos átomos dos elementos participantes. Para cada ligação, atribuímos nox igual a 1- para o mais eletronegativo e nox igual a 1+ para o menos eletronegativo. Exemplo: H O H 1+ 1+ 2- água O C O 2- 2- 4+ dióxido de carbono H C C C H H H H O H X X 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 3- 2- 1+ propanal • Em compostos, que na sua estrutura verificamos ligações covalentes coordenadas, também devemos levar em conta as eletronegatividades dos átomos dos elementos participantes. Para cada ligação, atribuímos nox igual a 2- para o mais eletronegativo e nox igual a 2+ para o menos eletronegativo. Exemplo: H O N O O 2- 2- 2- 1+ 5+ H O Cl O 1+ 2- 2-3+ ácido nítrico ácido clórico REGRAS BÁSICAS PARA A DETERMINAÇÃO DOS NÚMEROS DE OXIDAÇÃO 01. Todos os metais alcalinos apresentam nox igual a 1+. 02. O hidrogênio apresenta nox igual a 1+ na maioria dos seus compostos. Porém, nos compostos binários com metais, hidretos metálicos, ele apresenta nox igual a 1-. 03. O metal prata (Ag) apresenta nox igual a 1+ na grande maioria de seus compostos. 04. Todos os metais alcalinoterrosos apresentam nox igual a 2+. 05. Os metais Zinco (Zn) e Cádmio (Cd) apresentam nox igual a 2+ na maioria de seus compostos. 06. O metal Alumínio (A) apresenta nox igual a 3+ na maioria de seus compostos. 07. O flúor apresenta nox igual a 1- em qualquer de seus compostos. 08. Os demais halogênios quando em compostos binários em que o outro elemento é menos eletronegativo apresenta nox igual a 1-. 09. Os demais halogênios quando combinados com elementos que apresentam uma maior eletronegatividade, fluoretos e compostos nitrogenados e oxigenados, apresentam nox de valor positivo. Geralmente, esses valores são iguais a 1+, 3+, 5+ e 7+. 10. O Oxigênio pode apresentar os seguintes valores de nox: a) Nos Fluoretos, compostos binários com o flúor, valores positivos iguais a 1+ e 2+. b) Nos óxidos normais, compostos binários de fórmula geral E2OX, nox igual a 2-. c) Nos peróxidos, compostos binários de fórmula geral E2O2, nox médio igual a 1-. d) Nos superóxidos ou polióxidos, compostos binários de fórmula geral EO2, nox médio igual a 1/2-. Observação E é um elemento químico participante da substância. No caso dos peróxidos, geralmente E é o hidrogênio ou um metal alcalino, e nos superóxidos E é um metal alcalino ou metal alcalinoterroso. e) Na maioria dos compostos ternários, quaternários etc, nox igual a 2-. 11. Nas substâncias simples elementares, o nox do único elemento apresentado é sempre igual a ZERO. 12. Nas substâncias compostas, o somatório do nox total dos elementos químicos participantes é sempre igual a ZERO. 13. Nas espécies iônicas elementares ou compostas, o somatório do nox total dos elementos químicos participantes é sempre igual à carga elétrica apresentada pela espécie. Alguns metais que apresentam nox variável: METAL SÍMBOLO VALORES DO NOX Cobre Cu 1+ e 2+ Mercúrio Hg 1+ e 2+ Ferro Fe 2+ e 3+ Cobalto Co 2+ e 3+ Níquel Ni 2+ e 3+ Estanho Sn 2+ e 4+ Chumbo Pb 2+ e 4+ Platina Pt 2+ e 4+ Cromo Cr 2+ ,3+ ,4+ e 6+ Manganês Mn 2+ , 3+ , 4+ , 6+ e 7+ 86 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR Exercício Resolvido 01. Determine o número de oxidação dos elementos sublinhados: a) H2SO4 b) K3PO4 c) Br2 d) H2O2 e) KO2 f) Fe2O3 g) Fe3O4 h) A (CO3)3 i) C2O4 2- j) C6H6O Resolução: a) 6+ b) 5+ c) 0 d) 1- e) ½- f) 3+ g) 8/3+ h) 5+ i) 3+ j) 2/3- Exercício Resolvido 02. Considere a estrutura plana da molécula do ácido lático: H C H H C OH H C O H 123 a) Determine o número de oxidação dos átomos de carbono indicados pelos números 1, 2 e 3. b) Determine o número de oxidação do elemento carbono no ácido lático. Resolução: a) 1 → 1+ ; 2 → 0 ; 3 → 3- b) 2/3- Exercício Resolvido 03. No CaO2 , NaMnO4 , H2SO4 , HNO2 , SnO2, os números de oxidação dos elementos sublinhados são, respectivamente: a) 1- , 7+ , 6+ , 5+ , 4+ b) 1+ , 7+ , 6+ , 5+ , 4+ c) 1- , 7+ , 6+ , 3+ , 4+ d) 2- , 6+ , 4+ , 3+ , 5+ e) ½- ,7+ , 6+ , 3+ , 4+ Gabarito: C TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS REAÇÃO QUÍMICA ÍNDICE Multiplica o elemento que se encontra à sua esquerda. No caso de substâncias que apresentam parênteses, o índice multiplica todos os elementos contidos no mesmo. COEFICIENTE Multiplica todos os elementos que se encontram à sua direita. Observação Não é comum escrever o índice ou o coeficiente quando este é igual a 1 (um). PRINCIPAIS ABREVIATURAS PARA DESIGNAR O ESTADO DE AGREGAÇÃO (s) → estado sólido, () → estado líquido, (g) → estado gasoso, (aq) → meio aquoso Exercício Resolvido 04. Escreva o número de átomos de cada elemento nas representações abaixo: 4 2 7 2 4 3 K a) 5K P O P O Al b) 7Al (SO ) S O → → → → → → Resolução: a) K → 20; P → 10; O → 35 b) Al → 14; S → 21; O → 84 QUANTO AO POSICIONAMENTO DOS ELEMENTOS NAS SUBSTÂNCIAS ENVOLVIDAS SÍNTESE OU ADIÇÃO Ocorre a formação de um único produto, podendo ter dois ou mais reagentes. • Síntese Total: todos os reagentes são substâncias simples. Exemplo: N2(g) + 3H2(g) → 2 NH3(g) • Síntese Parcial: pelo menos um reagente é uma substância composta. Exemplo: SO3(g) + H2O ( ) → H2SO4( ) ANÁLISE OU DECOMPOSIÇÃO Ocorre a formação de dois ou mais produtos a partir de um único reagente. ANÁLISE TOTAL Todos os produtos são substâncias simples. Exemplo: luz (s) (s) 2(g)2AgBr Ag Br→ + 87 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR ANÁLISE PARCIAL Pelo menos um dos produtos é uma substância composta. Exemplo: calor 3(s) (s) 2(g)CaCO CaO CO→ + As reações de análise podem ser classificadas pelo tipo de agente físico ou químico causador da mesma: • Catálise Decomposição pela ação de um catalisador. Exemplo: 2MnO 2 2( ) 2 ( ) 2(g)H O 2H O O→ + • Fotólise Decomposição pela ação da luz. Exemplo: luz (s) (s) 2(g)2AgBr Ag + Br→ • Eletrólise Decomposição pela ação da eletricidade. Exemplo: eletrólise ígnea ( ) ( ) 2(g)2NaC Na + C→ DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA Decomposição pela ação do calor. As decomposições térmicas podem ainda ser divididas em pirólise, ação direta do fogo, calcinação, com ausência do oxigênio do ar e ustulação ou combustão, com a presença do oxigênio do ar. Exemplo: calor 3(s) (s) 2(g)2KC O 2KC +3O→ SIMPLES TROCA OU DESLOCAMENTO Ocorre quando o elemento de uma substância simples se associa ao cátion ou ao ânion de uma substância composta formando uma nova substância composta e uma nova substância simples. DESLOCAMENTO DO CÁTION Ocorre quando um metal mais reativo desloca o cátion de uma substancia composta, que apresenta normalmente o H+ ou um cátion metálico. Para real a ocorrência dessa reação, se faz necessário que o metal seja mais reativo do que o cátion da substância composta. Reatividade crescente ou Eletropositividade crescente Metais Alcalinos e alicalinoterrosos Metais comuns Metais nobres K > Ba > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > H > Cu > Hg > Ag > Au Exemplo: Zn(s) + 2HC(aq) → ZnC2(aq) + H2(g) Na(s) + 2H2O() → NaOH(aq) + H2(g) A(s) + CuSO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + Cu(s)Ag(s) + MgC2(aq) → não ocorre DESLOCAMENTO DO ÂNION Ocorre quando um ametal, na forma de sua substância simples, mais reativo, desloca o ânion de uma substância composta. Para real a ocorrência dessa reação, se faz necessário que o ametal seja mais reativo do que o ânion da substância composta. Reatividade crescente ou Eletronegatividade crescente F > O > Cl > Br > I > S > C Exemplo: C 2(g) + 2K (aq) → KC (aq) + I2(s) S(s) + NaF(aq) → não ocorre DUPLA TROCA Ocorre a troca entre os cátions e os ânions numa reação entre duas substâncias composta dando formação a duas novas substâncias compostas. São três as condições de ocorrência de uma reação de dupla troca: 1. Formação de um eletrólito mais fraco (ácido, base ou água), tendo como reagente um eletrólito forte. Exemplos: H2SO4(aq) + Na3PO4(aq) → Na2SO4(aq) + H3PO4(aq) HC(aq) + NaOH(aq) → NaC(aq) + H2O() 2. Formação de um produto volátil (gasoso) diretamente ou pela decomposição de alguma substância formada. Exemplos: HC(aq) + FeS(s) → FeC2(aq) + H2S(g) NaOH(aq) + NH4C(aq) → NaC(aq) + NH3(g) + H2O() NH4OH CaCO3(s) + 2HC(aq) → CaC2(aq) + CO2(g) + H2O() H2CO3 3. Formação de um produto insolúvel (precipitado), bases ou sais. Exemplos: AgNO3(aq) + NaC(aq) → AgC(s) + NaNO3(aq) NaOH(aq) + Fe(NO3)3 → Fe(OH)3(s) + NaNO3(aq) Exercício Resolvido 05. Faça a associação das colunas: 1. Síntese total 2. Síntese Parcial 3. Análise Total 4. Análise Parcial 5. Deslocamento do Cátion 6. Deslocamento do Ânion 7. Dupla Troca. ( ) H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O ( ) H2CO3 → CO2 + H2O ( ) 2Na + H2O → 2NaOH + H2 ( ) 2HBr → H2 + Br2 ( ) P4 + 5O2 → P4O10 ( ) C2 +2 K → 2KC + I2 ( ) 2KC → 2K + C2 Resolução: (7) H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O (4) H2CO3 → CO2 + H2O (5) 2Na + H2O → 2NaOH + H2 (3) 2HBr → H2 + Br2 (1) P4 + 5O2 → P4O10 (6) C2 +2 K → 2KC + I2 (3) 2KC → 2K + C2 88 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR QUANTO À SUA REVERSIBILIDADE REAÇÕES IRREVERSÍVEIS H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + H2O() REAÇÕES REVERSÍVEIS H3CCOOH() + C2H5OH() H3CCOOC2H5() + H2O() QUANTO À CAPACIDADE DE LIBERAR OU ABSORVER CALOR REAÇÕES ENDOTÉRMICAS Absorvem calor. Na2SO4 ⋅ 10H2O(s) + 19,6 Kcal → Na2SO4(s) + 10 H2O() REAÇÕES EXOTÉRMICAS Liberam calor. CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O() + 212 Kcal REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO São reações que se caracterizam pela transferência de elétrons e variação do número de oxidação. Oxidação → perda de elétrons → aumento do nox Redução → ganho de elétrons → diminuição do nox AGENTE OXIDANTE Espécie reagente que contém o elemento que sofre redução. AGENTE REDUTOR Espécie reagente que contém o elemento que sofre oxidação. Exemplo: 0 2+(2-) 2+(2-) 0 Zn(s) + H2S04(aq) → ZnS04(aq) + H2(g) Zn0(s) → Zn 2+ (aq) + 2e - → oxidação 2H+(aq) + 2e - → H2 0 (g) → redução Agente Oxidante: H2SO4 Agente Redutor: Zn Exercício Resolvido 06. Considere a equação abaixo: 2KMnO4 + 8H2SO4 + 10KBr → 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O + 5Br2 Determine a fórmula molecular e a nomenclatura dos agentes oxidante e redutor. AGENTE FÓRMULA MOLECULAR NOMENCLATURA Oxidante Redutor Resolução: AGENTE FÓRMULA MOLECULAR NOMENCLATURA Oxidante KMnO4 Permanganato de potássio Redutor KBr Brometo de potássio Exercício Resolvido 07. Considere as seguintes reações químicas: I. SO2 + H2O → H2SO3. II. Mg(OH)2 + 2HC → MgC2 + 2H2O. III. H2 + 1/2O2 → H2O. IV. 3 2CaCO CaO CO ∆→ + Pode-se classificar como reação de oxirredução apenas a) I. b) II. c) III. d) I e II. Gabarito: A Exercício Resolvido 08. Na seguinte equação química: Zn(s) + 2HC(aq) → ZnC2(aq) + H2(g) a) O elemento Zn(s) oxida-se e reage como agente oxidante. b) O elemento Zn(s) oxida-se e reage como agente redutor. c) O elemento Zn(s) reduz-se e reage como agente redutor. d) O HC (ácido clorídrico) é um agente redutor. Gabarito: B METAIS COM ÁGUA E ÁCIDOS • Os metais alcalinos e alcalinoterrosos são demasiadamente reativos em água. Na(s) + H2O() → NaOH(aq) + H2(g) (reação explosiva!) • Os metais não nobres, mais reativos do que o hidrogênio, deslocam o hidrogênio dos ácidos diluídos. Zn(s) + 2H2SO4(aq) → ZnSO4 (aq) + H2(g) • Os metais nobres como prata, mercúrio e prata reagem com ácidos oxidantes com o nítrico diluído ou concentrado e o sulfúrico concentrado. Nesse caso ocorre a formação do nitrato ou sulfato do metal, NO, para o ácido nítrico diluído, NO2, para o ácido nítrico concentrado e SO2, para o ácido sulfúrico. Exemplos: 2Cu(s) + 8HNO3(diluído) → 2Cu(NO3)2(aq) + NO(g) + 4H2O() Hg(s) + 4HNO3(concentrado) → Hg(NO3)2 + 2NO2(g) + 2H2O() 2Ag(s) + 2H2SO4(concentrado) → Ag2SO4(aq) + SO2(g) + 2H2O() 89 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR Exercício Resolvido 09. Considere as seguintes características de um determinado metal: • é um sólido que reage violentamente com água, produzindo hidróxido; • seu cátion monovalente é isoeletrônico do hélio; • é usado para o tratamento de distúrbios bipolares sob a forma de um sal de carbonato. Nomeie esse metal. Em seguida, escreva a reação química de dupla troca que produz o carbonato desse metal e o sulfato de sódio. Resolução: Metal → Lítio(Li) , H2CO3 + LiOH → Li(CO3)2 + H2O Exercício Resolvido 10. Associe os elementos químicos com suas características, numerando adequadamente os parênteses. 1. Reativo, gás ligeiramente amarelo, cujo átomo apresenta maior eletronegatividade. 2. Metal capaz de reagir com água para produzir H2. 3. Metal que forma óxido do tipo Me2O3. 4. Gás incolor. Átomo cujo valor de eletronegatividade é elevado, porém menor do citado em (1). ( ) O2 ( ) Ga ( ) Ba ( ) F2 a) 1 , 4 , 3 , 2 b) 3 , 2 , 1 , 4 c) 3 , 4 , 1 , 2 d) 4 , 2 , 3 , 1 e) 4 , 3 , 2 , 1 Gabarito: E BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Consiste na colocação de coeficientes nas substâncias com o objetivo de igualar a quantidade de átomos do elemento nos reagentes (1º membro da equação química) com a quantidade de átomos do mesmo elemento nos produtos (2º membro da equação química). MÉTODO DAS TENTATIVAS Sugestão prática para executar o balanceamento de uma equação química pelo método das tentativas: M Metais A Ametais C Carbono H Hidrogênio O Oxigênio Exemplo: A2O3 + HC → AC3 + H2O 1º Passo: Balancear o Alumínio. A2O3 + HC → 2 AC3 + H2O 2º Passo: Balancear o cloro A2O3 +6 HC → 2 AC3 + H2O 3º Passo: Balancear o hidrogênio A2O3 + 6HCl → 2 AlCl3 + 3H2O 4º Passo: Observe que o oxigênio já se está balanceado com três átomos. Exercício Resolvido 11. Faça o balanceamento das equações químicas abaixo: a) Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O. b) HC + A(OH)3 → AC3 + H2O. c) C3H8 + O2 → CO2 + H2O. d) C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O. e) Al + H2SO4 → A2(SO4)3 + H2. Resolução: a) 3Ca(OH)2 + 2H3PO4 → 1Ca3(PO4)2 + 6H2O. b) 3HC + A(OH)3 → AC3 + 3H2O. c) 1C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. d) 1C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. e) 2A + 3H2SO4 → 1A2(SO4)3 + 3H2. MÉTODO DE OXIRREDUÇÃO REGRAS 1. Determinar o nox de cada elemento. 2. Identificar e destacar os elementos que sofreram oxidação e redução. 3. Determinar o número total de elétrons oxidados e reduzidos (∆). ∆ = (variação do número de oxidação) (M.M.C. entre os índices dos elementos) 4. Igualar o número de elétrons oxidados e reduzidos transformando esses valores em coeficientes, de forma invertida, para as espécies envolvidas. 5. Balancear os demais elementos por tentativas. Exemplo: FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O APLICANDO CADA REGRA 1. Determinando os nox dos elementos: 2+6+8- 1+7+8- 2+ (2-) (6+)(6-) (2+)(2-) 2+ (2-) (2+)2- FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO + H2O3+ 2. Identificando e destacando os elementos que sofreram oxidação e redução: Oxidação → Fe2+ → Fe3+ + e- → ∆ =(1)(2) =2 Redução → Mn7+ + 5e- → Mn2+ → ∆ = (5)(1) = 5 3. Igualando o número de elétrons oxidados e reduzidos: Oxidação → Fe2+ → Fe3+ + e- → ∆ =(1)(2) =2 (5) =10 Redução → Mn7+ + 5e- → Mn2+ → ∆ = (5)(1) = 5 (2) =10 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2 MnSO4 + H2O 90 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR 4. Balanceando os demais elementos por tentativas: 10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 16 H2SO4 → 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2 Mn SO4 + 8H2O O oxigênio já se encontra balanceado com 80 átomos para cada membro. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES IÔNICAS PELO MÉTODO DE OXIRREDUÇÃO Nesse caso, devemos também levar em conta o balanceamento da quantidade total de cargas elétricas. Exemplo: Cr2O7 2- + H+ + Br- → Cr3+ + Br2 + H2O (12+)(14-) (1-) (3+) (0) (2+) (2-) Cr2O7 2- + H+ + Br- → Cr3+ + Br2 + H2O (6+) (0) Oxidação: Br- → Br2 + 2e - Redução: Cr2 6+ + 6e- → 2Cr3+ 1Cr2O7 2- +(x) H+ +6Br- → 2 Cr3+ + 3Br2 + H2O Pelo equilíbrio de cargas, temos: -2 + x -6 = +6 + 0 + 0 → x = 14 Desta forma, a equação devidamente balanceada é: 2 3 2 7 2 21Cr O 14 H 6Br 2 Cr 3Br 7H O − + − ++ + → + + Exercício Resolvido 12. Faça o balanceamento das equações químicas abaixo com os menores coeficientes inteiros possíveis: a) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O b) Cr3+ + HO- + Sn2+ → CrO4 2- + H2O + Sn 4+ Respostas: a) 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O b) 2Cr3+ + 10OH- + 3SnO3 2- → 2CrO4 2- + 5H2O + 3SnO2 2- BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES PELO MÉTODO DE OXIRREDUÇÃO QUE APRESENTAM A ÁGUA OXIGENADA (H2O2) COMO REAGENTE Em meio ácido → agente redutor → H2O2 → O2 + 2e - + 2H+ Exercício Resolvido 13. Faça o balanceamento da equação química abaixo: KMnO4 + H2O2 + HC → KC + MnC2 + H2O + O2 Resolução: (1+)(7+)(2-) (1+)(1-) (1+)(1-) (1+)(1-) (2+)(1-) (2+)(2-) (0) KMnO4 + H2O2 + HC → KC + MnC 2 + H2O + O2 Redução : Mn7++ 5e- → Mn2+. Oxidação: 2O- → O2 0 + 2e- Igualando o total de elétrons oxidados e reduzidos: (2)KMnO4 + (5)H2O2 + HCl → KCl + MnCl2 + H2O + O2 Fechando o balanceamento: (2)KMnO4 + (5)H2O2 + 6HC → 2KC + 2MnC 2 + 8H2O + 5O2 Em meio básico → agente oxidante → H2O2 + 2e - → 2OH- Exercício Resolvido 14. Faça o balanceamento da equação química abaixo: Cr3+ + H2O2 + OH - → Cr2O7 2- + H2O Resolução: (1+)(1-) (2-)(1+) (6+)(2-) (1+)(2-) Cr3+ + H2O2 + OH - → Cr2O7 2- + H2O Oxidação: 2Cr3+ -→ 2Cr6+.+ 6e Redução: 2O- + 2e- → 2O2- Igualando o total de elétrons oxidados e reduzidos: Cr3+ + (3)H2O2 +(x) OH - → (1) Cr2O7 2- + H2O Fazendo o balanceamento parcial: 2Cr3+ + (3)H2O2 +(x) OH - → (1) Cr2O7 2- + H2O Pelo equilíbrio de cargas, temos: +6 - x = -2 → x = 8 Fechando o balanceamento: 2Cr3+ + (3)H2O2 +(8) OH - → (1) Cr2O7 2- + 7H2O BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES PELO MÉTODO DE OXIRREDUÇÃO QUE APRESENTAM MAIS DE UM AGENTE OXIDANTE E/OU REDUTOR Nesse caso, devemos trabalhar com a quantidade total de mols de elétrons oxidados e/ou reduzidos. Exercício Resolvido 15. Faça o balanceamento da equação química abaixo: As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4 Resolução: 3+2- 1+5+2- 2+2- 3+5+2- 2+2- 2+6+2- As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4 Oxidações: 2As3+ -→ 2As5+.+ 4e 3S2- → 6S6++ 24e- Total de mols de elétrons oxidados = 4 + 24 = 28 Redução: N5+ + 3e- → N2+ Igualando o total de elétrons oxidados e reduzidos: (3)As2S3 +(28) HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4 Fechando o balanceamento: (3)As2S3 +(28) HNO3 + 4H2O → 6H3AsO4 + 28NO + 9H2SO4 91 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UNISINOS 2016) Assinale a alternativa que mostra a reação correta. a) CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) b) CaCO3(s) + HC(aq) → CaC(aq) + CO2(g) + H2O() c) SO2(g) + CaCO3(s) + O2(g) → CaSO4(s) + CO2(g) d) 2ZnO(s) + 2HC(g) → 2ZnC + H2O(g) e) 2ZnO(s) + Ca(OH)2(aq) → CaZnO(aq) + H2O() 02. Considere as seguintes reações químicas: I SO H O H SO II Mg OH HC MgC H O III H O H O I � � � � � � � � � � 3 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 ( ) / VV CaCO CaO CO� � �� �3 2 � Pode-se classificar como reação de oxirredução apenas a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) IV. 03. (UESPI 2012) A sacarose, C12H22O11, também conhecida como açúcar de mesa ou açúcar comum comercial, é encontrada na cana de açúcar e na beterraba. No Brasil, a sacarose é obtida por cristalização do caldo de cana e utilizada na alimentação, na fabricação de álcool etc. A combustão da sacarose produz dióxido de carbono e água, conforme a equação a seguir: C12H22O11(s) + 12 O2(g) → x CO2(g) + y H2O() ∆G = – 5.796 kJ/mol Com relação a esta reação, é correto afirmar que os coeficientes x e y são, respectivamente: a) 6 e 10 b) 8 e 6 c) 11 e 12 d) 12 e 11 e) 8 e 11 04. (CN 2016) A azia é um desconforto gástrico que pode ser combatido pela ingestão de uma pequena quantidade de leite de magnésia, que nada mais é que uma solução aquosa de hidróxido de magnésio. Essa base neutraliza o excesso de ácido clorídrico estomacal que causa desconforto. Assinale a opção que apresenta a equação dessa reação química balanceada e sua classificação. a) Mg(OH)2 + HCO → MgC2 + H2O é uma reação de simples troca. b) MgOH + HC → MgC + H2O é uma reação de deslocamento. c) 2Mg(OH)2 + 2HC → MgC2 + 2H2O é uma reação de análise. d) MgO + 2HC → Mg(OH)2 é uma reação de síntese. e) Mg(OH)2 + 2HC → MgC2 + 2H2O é uma reação de dupla troca. 05. (UEPA 2015) Alguns metais reagem com a água, quando aquecidos, formando óxidos e liberando gás hidrogênio, como no caso da reação abaixo: Fe(s) + H2O() → Fe3O4(s) + H2(g) Considerando a reação acima (não balanceada), é correto afirmar que: a) é uma reação de decomposição. b) é uma reação de síntese. c) é uma reação de oxidação-redução. d) é uma reação de dupla troca. 06. Os números de oxidação do boro, iodo e enxofre nas espécies químicas H2BO3 − , IO4 − e HSO4 − são, respectivamente: a) + 4, + 8, + 7 b) + 3, + 7, + 6 c) + 2,+ 6, + 5 d) + 3, + 7,+ 8 07. (UNESP 2015) Uma medida adotada pelo governo do estado para amenizar a crise hídrica que afeta a cidade de São Paulo envolve a utilização do chamado “volume morto” dos reservatórios do Sistema Cantareira. Em artigo publicado pelo jornal O Estado de S.Paulo, três especialistas alertam sobre os riscos trazidos por esse procedimento que pode trazer à tona poluentes depositados no fundo das represas, onde se concentram contaminantes que não são tratados por sistemas convencionais. Entre os poluentes citados que contaminam os mananciais há compostos inorgânicos, orgânicos altamente reativos com os sistemas biológicos, microbiológicos e vírus. Segundo as pesquisadoras, “quanto mais baixo o nível dos reservatórios, maior é a concentração de poluentes, recomendando maiores cuidados”. http://sao-paulo.estadao.com.br. Adaptado. De modo geral, em sistemas aquáticos a decomposição de matéria orgânica de origem biológica, na presença de oxigênio, se dá por meio de um processo chamado degradação aeróbica. As equações representam reações genéricas envolvidas na degradação aeróbica, em que "MO" = matéria orgânica contendo nitrogênio e enxofre. (CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O MO(C,H,N,S) + nO2 → CO2 + H2O + NO3 - + SO4 2- Analisando as equações apresentadas, é correto afirmar que no processo de degradação aeróbica ocorrem reações de a) decomposição, em que o oxigênio não sofre alteração em seu número de oxidação. b) oxirredução, em que o oxigênio atua como agente redutor. c) decomposição, em que o oxigênio perde elétrons. d) oxirredução, em que o oxigêniosofre oxidação. e) oxirredução, em que o oxigênio atua como agente oxidante. 08. (FGV 2015) As fosfinas, PH3, são precursoras de compostos empregados na indústria petroquímica, de mineração e hidrometalurgia. Sua obtenção é feita a partir do fósforo elementar, em meio ácido, sob elevada pressão, e a reação se processa de acordo com P4 + H2O → PH3 + H3PO4 A soma dos menores valores inteiros dos coeficientes estequiométricos dessa equação corretamente balanceada é igual a a) 10 b) 11 c) 15 d) 22 e) 24 09. (ACAFE 2015) Íons Fe2+ podem ser quantificados em uma reação de oxi-redução com íons MnO4 - padronizado em meio ácido. Uma vez balanceada a equação química abaixo, a soma dos menores coeficientes estequiométricos inteiros dos reagentes é: MnO4 - (aq) + Fe 2+ (aq) + H + (aq) → Mn 2+ (aq) + H2O + Fe 3+ (aq) a) 10 b) 3 c) 14 d) 5 10. (IFPE 2012) Três substâncias são de fundamental importância nas estações de tratamento de água (ETA): hipoclorito de sódio (NaCO), hipoclorito de cálcio [Ca(CO)2] e cloro gasoso (C2), que são utilizadas como agente bactericida e são adicionadas à água durante o processo de tratamento. Essas substâncias liberam o íon hipoclorito (CO1-) que é responsável pela eliminação das bactérias. O hipoclorito pode ser determinado em laboratório pela adição de iodeto em meio ácido, como mostra a reação abaixo: CO1- + I1- + H1+ → C1- + I2 + H2O Assinale a alternativa correta quanto a essa reação. a) O íon CO1- sofre oxidação. b) Depois de equilibrada a soma dos menores números inteiros dos coeficientes do I1- e da H2O é 3. c) O I2 é o agente redutor. d) O H1+ sofre oxidação. e) O I1- é o agente oxidante. 92 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. (UNIOESTE 2017) A reação química, expressa a seguir, ocorre com um sal de estanho e outro de mercúrio: SnC2 + 2HgC2 → SnC4 + Hg2C2 Assim, é CORRETO afirmar que a) a reação em questão é de combustão envolvendo a liberação de calor, ou seja, exotérmica. b) a reação em questão é de oxirredução, pois o mercúrio participa dela e altera seu estado de oxidação de 2+ para 1+. c) a reação em questão é de oxirredução, pois o mercúrio não participa da reação e mantém seu estado de oxidação 2+. d) a reação em questão envolve a alteração de ligações metálicas para ligações covalentes. e) na reação estão envolvidos quatro elétrons, sendo dois elétrons do estanho e dois elétrons do mercúrio. 02. O nitrogênio pode existir na natureza em vários estados de oxidação. Em sistemas aquáticos, os compostos que predominam e que são importantes para a qualidade da água apresentam o nitrogênio com números de oxidação –3, 0, +3 ou +5. Assinale a alternativa que apresenta as espécies contendo nitrogênio com os respectivos números de oxidação, na ordem descrita no texto. a) NH3 , N2, NO2 - , NO3 -. b) NO2 -, NO3 -, NH3, N2. c) NO3 , NH3, N2, NO2 -. d) NO2 - , NH3 , N2 , NO3 -. 03. (UNESP 2016) Uma forma de se obter oxigênio em laboratório é pela reação química entre solução aquosa de peróxido de hidrogênio (água oxigenada) e solução aquosa de permanganato de potássio em meio ácido, cuja equação, parcialmente balanceada, é: xKMnO4(aq) + 3H2SO4(aq) + yH2O2(aq) → K2SO4(aq) + 2MnSO4(aq) + zO2(g) + 8H2O() Nessa equação, os valores dos coeficientes estequiométricos x, y e z são, respectivamente, a) 2, 5 e 1. b) 2, 5 e 5. c) 2, 5 e 4. d) 3, 2 e 4. e) 3, 5 e 5. 04. O quadro a seguir relaciona ordem, equação química e onde as mesmas ocorrem: Ordem Equação Química Ocorrem I 3 Ca(OH)2(aq) + A2(SO4)3 → 2 A(OH)3(s) + 3 Ca(SO4) Tratamento de água II 2Mg(s) + 1O2(g) → 2MgO(s) Flash fotográfico III Zn(s) + 2HC(aq) → ZnC2(aq) + H2(g) Ataque do ácido clorídrico a lâminas de zinco IV NH4HCO3(s) → CO2(g) + NH3(g) + H2O() Fermento químico As equações químicas I, II, III e IV correspondem, nessa ordem, aos seguintes tipos de reação: a) I-síntese; II-análise; III-deslocamento e IV-dupla troca. b) I-dupla troca; II-síntese; III-deslocamento e IV-análise. c) I-análise; II-síntese; III-deslocamento e IV-dupla troca. d) I-síntese; II-análise; III-dupla troca e IV-deslocamento. e) I-deslocamento; II-análise; III-síntese e IV-dupla troca. 05. O cobre é uma substância que possui elevado potencial de redução e no seu estado metálico sofre pouco em termos de oxidação frente a ácidos, não sendo oxidado pela maioria deles. Todavia, ele é oxidado na presença de ácido nítrico, conforme mostra a equação não balanceada de uma das possíveis reações: Cu(s) + HNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + NO(g) + H2O() Após o balanceamento da equação com os coeficientes estequiométricos (menores números inteiros) a soma destes coeficientes será igual a a) 14 b) 18 c) 20 d) 24 e) 26 06. Baseado no texto a seguir responda a questão. “... Por mais surpreendente que pareça, a desintegração do exército napoleônico pode ser atribuída a algo tão pequeno quanto um botão – um botão de estanho, para sermos mais exatos, do tipo que fechava todas as roupas no exército, dos sobretudos dos oficiais às calças e paletós dos soldados de infantaria. “Quando a temperatura cai, o reluzente estanho metálico exposto ao oxigênio do ar começa a se tornar friável e a se esboroar (desfazer) num pó acinzentado e não metálico – continua sendo estanho, mas com forma estrutural diferente”. (Adaptado de Os Botões de Napoleão Penny Le Couteur e Jay Burreson – Pag 8) Em relação ao texto acima e baseado em conceitos químicos, são feitas as seguintes afirmativas: I. o texto faz alusão estritamente à ocorrência de fenômenos físicos. II. o texto faz alusão à ocorrência de uma reação de oxidação do estanho do botão. III. o texto faz alusão à ocorrência de uma reação de síntese. IV. o texto faz alusão à ocorrência de uma reação sem transferência de elétrons entre as espécies estanho metálico e o oxigênio do ar. Das afirmativas apresentadas estão corretas apenas: a) II e III. b) III e IV. c) II e IV. d) I e III. e) I e II. 07. (UTFPR 2018) Grande parte dos produtos químicos industriais com os quais tomamos contato diário tem o ácido sulfúrico envolvido, direta ou indiretamente, em sua fabricação: detergentes, plásticos, tintas, corantes, fibras têxteis, fertilizantes, baterias de automóveis etc. Trata-se do composto químico de maior importância para a indústria, podendo seu consumo anual ser usado como indicador do grau de desenvolvimento da indústria química de um país. Industrialmente, esse ácido pode ser obtido a partir da pirita de ferro, que consiste basicamente em sulfeto ferroso (FeS), de acordo com as reações: FeS + O2 → Fe + SO2 SO2 + 1/2O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 Assinale a alternativa que apresenta a classificação correta dessas reações. a) Dupla troca, análise, análise. b) Dupla troca, síntese, síntese. c) Deslocamento, análise, análise. d) Simples troca, síntese, síntese. e) Decomposição, síntese, síntese. 08. (UFOP 2010) Os alcanos, também chamados de parafinas, sofrem combustão, apesar de serem considerados compostos de baixa reatividade. Considere a combustão do seguinte alcano: CH3(CH2)xCH3 + yO2 → zCO2 + 14H2O 93 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR É correto afirmar que os valores numéricos de x, y e z são, respectivamente, a) 11, 20 e 13. b) 13, 40 e 11. c) 06, 14 e 06. d) 11, 40 e 13. 09. (IME 2010) CrI3 + C2 + NaOH → NaIO4 + Na2CrO4 + NaC + H2O Assinale a alternativa que indica a soma dos menores coeficientes inteiros capazes de balancear a equação química acima: a) 73 b) 95 c) 173 d) 187 e) 217 10. (IFCE 2016) Para a produção de ácido sulfúrico, primeiramente queima-se enxofre (S) na presença de oxigênio (O2) produzindo dióxido de enxofre (SO2). Posteriormente, o dióxido de enxofre é oxidado a trióxido de enxofre seguindo areação (SO2(g) + 1/2O2(g) → SO3(g)) e, em seguida, o óxido formado absorve água, resultando em ácido sulfúrico (H2SO4). Sobre as reações de produção do ácido sulfúrico, é correto afirmar-se que a) as reações relatadas na questão acima são denominadas de dupla troca. b) a formação de dióxido de enxofre na primeira etapa de produção de ácido sulfúrico é denominada reação de adição, na qual duas substâncias simples formam uma substância mais complexa. c) o produto da primeira reação é o mesmo produto da segunda reação de produção de ácido sulfúrico. d) água e SO2 são os reagentes da ultima reação descrita na questão para produzir ácido sulfúrico. EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. Considere as seguintes equações químicas e as afirmativas sobre elas A. 2KCO3 → 2KC + 3O2 B. Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2 H2O C. Ca + ZnF2 → CaF2 + Zn I. A representa uma reação de síntese do KC. II. A representa uma reação de análise do KC3. III. B representa uma reação de dupla troca. IV. B representa uma reação de oxirredução. V. C representa simultaneamente uma reação de deslocamento e de oxirredução. Estão corretas as afirmativas: a) I e II. b) I e IV. c) III , IV e V d) II , III e V e) II e V. 02. A soma dos menores coeficientes estequiométricos inteiros que balanceiam a equação iônica, da reação de oxidorredução, representada no quadro abaixo é: C2 (g) + OH 1- (aq) → C 1- (aq) + CO3 1- (aq) + H2O () a) 13 b) 14 c) 18 d) 20 e) 19 03. O quadro abaixo apresenta a Fila de Reatividade dos Ametais, em ordem decrescente de reatividade. F > C > Br > I > S Fila de Reatividade dos Ametais Analisando a Fila de Reatividade acima, a equação que representa a reação química que ocorre espontaneamente é: a) I2(s) + NaBr(aq) → NaI(aq) + Br2(g) b) I2(s) + NaC(aq) → NaI(aq) + C2(g) c) F2(g) + CaBr2(aq) → CaF2(aq) + Br2() d) S8(s) + NaC(aq) → Na2S(aq) + C2(g) e) S8(s) + NaBr(aq) → Na2S(aq) + Br2(g) 04. A chuva ácida pode ocorrer tanto devido a processos naturais como devido às atividades humanas. Entre os processos naturais, encontramos a chuva ácida causada por erupções vulcânicas, conforme a equação não balanceada abaixo. HSO3 - (aq) + H2O2(v) + H2O() → H3O + (aq) + SO4 2- (aq) + O 2- (aq) Pode-se afirmar que a classificação e o coeficiente do íon hidrônio nessa reação, após a equação balanceada, são respectivamente: a) Dupla troca, 2. b) Oxirredução, 3. c) Simples troca, 2. d) Oxirredução, 2. e) Simples troca, 4. 05. Na equação da reação de oxidorredução, representada no quadro abaixo, a soma dos menores coeficientes estequiométricos inteiros, necessários para balanceá-la, e o agente redutor são, respectivamente, KMnO4(aq) + H2O2(aq) + H2SO4(aq) MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + O2(g) + H2O() a) 24 e H2O2 b) 23 e O2 c) 24 e KMnO4 d) 26 e H2O2 e) 26 e KMnO4 06. Dada a seguinte equação iônica de oxirredução: CrI3 + C2 + OH 1- → IO4 1- + CrO4 2- + C1- + H2O Considerando o balanceamento de equações químicas por oxirredução, a soma total dos coeficientes mínimos e inteiros obtidos das espécies envolvidas e o(s) elemento(s) que sofrem oxidação, são, respectivamente, a) 215 e cloro. b) 187, crômio e iodo. c) 73, cloro e iodo. d) 92, cloro e oxigênio. e) 53 e cloro. 07. Os bafômetros mais simples são descartáveis e envolvem a reação abaixo: K2Cr2O7(aq) + H2SO4(aq) + C2H6O(g) → Cr2(SO4)3(aq) + H2O() + C2H4O(g) + K2SO4(aq) O menor coeficiente do agente redutor nessa reação, quando balanceada, vale: a) 4 b) 3 c) 5 d) 7 e) 2 08. O Pb é um metal de transição pertencente ao grupo 4A, podendo, quando forma compostos, apresentar dois números de oxidação (NOX). Considere a equação abaixo, que representa a reação ocorrida no interior dos acumuladores: Pb + PbO2 + 2 H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O O chumbo, nas substâncias Pb, PbO2 e PbSO4 , apresenta NOX, respectivamente, iguais a a) 0, - 4, 2 b) 0, 4, 4 c) - 4, - 4, 2 d) 2, 2, 2 e) 0, 4, 2 94 NÚMERO DE OXIDAÇÃO, TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS, BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS POR TENTATIVAS E OXIRREDUÇÃO PROMILITARES.COM.BR 09. Dada a seguinte equação de oxidorredução: Cr(OH)3(aq) + IO3 1- (aq) + OH 1- (aq) → CrO4 2- (aq) + I 1- (aq) + H2O() Considerando o método de balanceamento de equações químicas por oxirredução, a soma total dos coeficientes mínimos e inteiros das espécies envolvidas, após o balanceamento da equação iônica, e o agente oxidante são, respectivamente, a) 15 e o IO3 -. b) 12 e o Cr(OH)3. c) 12 e o OH-. d) 11 e a H2O. e) 10 e o OH-. 10. Abaixo são fornecidos os resultados das reações entre metais e sais. FeSO4(aq) + Ag(s) não ocorre a reação 2 AgNO3(aq) + Fe(s) Fe(NO3)2(aq) + 2 Ag(s) 3 Fe(SO4)(aq) + 2 A(s) A2(SO4)3(aq) + 3 Fe(s) A2(SO4)3(aq) + Fe (s) não ocorre a reação De acordo com as reações acima equacionadas, a ordem decrescente de reatividade dos metais envolvidos em questão é: a) A, Fe e Ag. b) Ag, Fe e A. c) Fe, A e Ag. d) Ag, A e Fe. e) A, Ag e Fe. GABARITO EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. A 02. C 03. D 04. E 05. C 06. B 07. E 08. D 09. C 10. B EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. B 02. A 03. B 04. B 05. C 06. A 07. D 08. A 09. D 10. C EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. E 02. C 03. C 04. B 05. D 06. B 07. B 08. E 09. A 10. A ANOTAÇÕES
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