Risolvere una redox mediante un esercizio guidato

Le redox o reazioni di ossidoriduzione (cioè reazioni dov'è c'è un elemento che si ossida e uno che si riduce) rappresentano uno dei traguardi fondamentali in un percorso di uno studente di chimica. Vediamo in questo articolo come si risolve una redox tramite un esercizio guidato. 

Es. Bilancia la seguente reazione redox:

MnO2 + FeSO4 + H2SO4 -> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

1. La prima cosa da fare è trovare i numeri di ossidazione di tutti gli atomi per individuare qual'è l'elemento che si ossida (aumenta il suo numero di ossidazione da sinistra a destra) e chi si riduce (diminuisce il suo numero di ossidazione da sinistra a destra).

MnO2 è un ossido basico dove l'ossigeno (O) ha numero di ossidazione -2 e il manganese (Mn) lo troviamo attraverso l'equazione matematica:

x + (-2)*(2) = 0 

x - 4 = 0

x = + 4

É giusto perchè se confrontato con la tavola periodica il manganese (Mn) ha numero di ossidazione +4.

H2SO4 è un ossiacido quindi ha l'ossigeno (O) con numero di ossidazione -2 e l'idrogeno (H) con numero di ossidazione +1. Per trovare il numero di ossidazione dello zolfo (S) utilizziamo la seguente equazione matematica: 

2 + x + (-2)*(4) = 0

x + 2 - 8 = 0

x - 6 = 0

x = + 6

É giusto perchè se confrontato con la tavola periodica lo zolfo (S) ha numero di ossidazione +6.

FeSO4 è un sale di un ossiacido dove l'ossigeno (O) ha numero di ossidazione -2. Lo zolfo (S) invece ha numero di ossidazione +6 dato che il sale deriva dall'ossiacido H2SO4 (acido solforico) dove il numero di ossidazione dello zolfo (S) è +6 come visto prima. Per trovare il numero di ossidazione del ferro (Fe) usiamo l'equazione matematica:

x + 6 + (-2)*(4) = 0

x + 6 - 8 = 0

x - 2 = 0

x = + 2

É giusto perchè se confrontato con la tavola periodica il ferro (Fe) ha numero di ossidazione +2.

MnSO4 è un sale di un ossiacido dove l'ossigeno (O) ha numero di ossidazione -2. Lo zolfo (S) invece ha numero di ossidazione +6 dato che il sale deriva dall'ossiacido H2SO4 (acido solforico) dove il numero di ossidazione dello zolfo (S) è +6 come visto prima. Per trovare il numero di ossidazione del manganese (Mn) usiamo l'equazione matematica:

 x + 6 + (-2)*(4) = 0

x + 6 - 8 = 0

x - 2 = 0

x = + 2

É giusto perchè se confrontato con la tavola periodica il manganese (Mn) ha numero di ossidazione +2.

Fe2(SO4)3 è un sale di un ssiacido dove l'ossigeno (O) ha numero di ossidazione -2. Lo zolfo (S) invece ha numero di ossidazione +6 dato che il sale deriva dall'ossiacido H2SO4 (acido solforico) dove il numero di ossidazione dello zolfo (S) è +6 come visto prima. Per trovare il numero di ossidazione del ferro (Fe) usiamo l'equazione matematica:

2x + (6)*(3) + (-2)*(12) = 0

2x + 18 - 24 = 0

2x - 6 = 0

2x = + 6 

x = + 6/2 = + 3

É giusto perchè se confrontato con la tavola periodica il ferro (Fe) ha numero di ossidazione +3.

L'acqua non la conto perchè è raro che partecipa alla reazione dato che si tratta nella maggior parte dei casi del solvente.

Confrontando i numeri notiamo che il ferro (Fe) dai reagenti (sinistra) ha numero di ossidazione +2 mentre ai prodotti (destra) ha numero di ossidazione +3, quindi si ossida scambiando un solo elettrone. Il manganese (Mn) dai reagenti (sinistra) ha numero di ossidazione +4 mentre ai prodotti (destra) ha numero di ossidazione +2, quindi si riduce scambiando due elettroni. 

2. In base a chi si ossida e chi si riduce scrivere le due semireazioni di ossidazione e di riduzione ricordando che gli elettroni scambiati vanno inseriti vicino all'elemento con il più alto numero di ossidazione.

In questo caso le due semireazioni sono:

Riduzione: MnO2 + 2 e- -> MnSO4

Ossidazione: FeSO4 -> Fe2(SO4)3 + 1 e-

Attenzione!!! Nella semireazione di ossidazione il numero di atomi di ferro dei reagenti non è uguale a quello dei prodotti quindi prima di andare avanti dobbiamo bilanciare la reazione e inserire il numero di elettroni corretto perchè il numero di elettroni scambiati che siano sia di ossidazione che di riduzione devono essere per atomo. In questo caso otteniamo che la semireazione di ossidazione reale è: 2 FeSO4 -> Fe2(SO4)3 + 2 e-

3. Si moltiplica la semireazione di riduzione per il numero di elettroni della reazione di ossidazione e si moltiplica la semireazione di ossidazione per il numero di elettroni della reazione di riduzione. Si semplificano eventualmente i moltiplicatori se c'è un minimo comune multiplo. 

In questo caso dovremmo:

2x [MnO2 + 2 e- -> MnSO4]

2x [FeSO4 -> Fe2(SO4)3 + 1 e-]

ma dato che esiste un minimo comune multiplo (entrambi sono divisibili per due) possiamo semplificare gli agenti moltiplicatori:

1x [MnO2 + 2 e- -> MnSO4]

1x [FeSO4 -> Fe2(SO4)3 + 1 e-]

4. Si addizionano le semireazioni di ossidazione e di riduzione semplificando eventuali termini in comune.

In questo caso abbiamo:

MnO2 + 2 FeSO4 + 2 e- -> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2 e-

eliminiamo gli elettroni dato che ci sono sia a destra che a sinistra e otteniamo:

MnO2 + 2 FeSO4 + 2 e- -> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2 e-

5. Si bilancia per massa.

Il bialnciamento per massa consiste nel bilanciamento degli atomi in modo tale da averne la stessa quantità sia a destra che a sinistra. In questo caso abbiamo che:

MnO2 + 2 FeSO4 + H2SO4 -> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2 H2O

MnO2 + 2 FeSO4 + 2 H2SO4 -> MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2 H2O

La reazione redox è bilanciata.

Consigli utili:

• Ricorda che se nella semireazione di ossidazione o riduzione il numero di atomi dei reagenti non è uguale a quello dei prodotti dobbiamo bilanciare la reazione e inserire il numero di elettroni corretto perchè il numero di elettroni scambiati che siano sia di ossidazione che di riduzione devono essere per atomo.
• Attenzione al numero di ossidazione. Sbagliarne solo uno significa sbagliare tutti i passaggi successivi.