Ecuación de la reacción redox con el oxígeno esquivo

Question

Llevo un par de semanas equilibrando ecuaciones redox y me he acostumbrado bastante al procedimiento, sin embargo me he encontrado con una ecuación que se me escapa por todos los lados cuando se trata de equilibrar el oxígeno. Llego al penúltimo paso para equilibrar mi ecuación redox pero no puedo escribir mi ecuación iónica neta.

La hidracina líquida reacciona con una solución acuosa de bromato de sodio. Se forman gas nitrógeno e iones bromuro.

Me piden que equilibre esta reacción en una solución ácida.

Primero escribo mi ecuación:

$$\ce{N2H4(l) + NaBrO3(aq) -> N2(g) + Br- (aq)}$$

Divido mi ecuación en dos medias ecuaciones, una es mi ecuación oxidante y la otra mi reductora. Las balanceo ambas:

$$\ce{N2H4(l) -> N2(g) + 4H+ (aq) + 4e-}$$

En la otra mitad de la ecuación es donde me atasco con el equilibrio del oxígeno. Acabo equilibrando el hidrógeno en ambos lados para que sea 10 pero me falta un oxígeno en mi lado del producto.

$$\ce{NaBrO3 (aq) -> Br- (aq)}$$

Utilizo el método algebraico para asignar un número de oxidación a $\ce{Br}$ en el lado del reactivo de la media ecuación.

$\ce{Br + Na + 3O = 0}$

$\ce{Br + 1 + 3(-2) = 0}$

$\ce{Br - 5 = 0}$

$\ce{Br = 5^{+}}$

$\ce{Br}$ en el lado del producto tiene un número de oxidación de -1 igual a su carga neta

Para equilibrar la carga de oxidación de ambos lados, añado $\ce{6e-}$ al lado del reactivo. Esto lleva la carga de oxidación a -1 en ambos lados de la media reacción.

$$\ce{NaBrO3(aq) + 6e- -> Br- (aq)}$$

Entonces compenso la carga neta de la reacción ácida añadiendo 5 iones de hidrógeno al lado del reactante para llevar la carga neta de ambos lados a 1-.

$$\ce{NaBrO3(aq) + 6e- + 5H+ (aq) -> Br- (aq)}$$

Entonces debo añadir agua al lado del producto para equilibrar los átomos de hidrógeno y oxígeno en la media reacción. Tengo 5 hidrógenos para los reactantes, así que debo añadir 2,5 moléculas de agua en el lado del producto para igualar los hidrógenos.

$$\ce{NaBrO3(aq) + 6e- + 5H+(aq)->Br- (aq) + $ 2.5 $H2O(l)}$$

Siguiendo la costumbre de la ley de combinación de volúmenes y la hipótesis de Avogadro, multiplico la mitad de la ecuación por 2 para obtener un número entero para el agua

$$\ce{2NaBrO3(aq) + 12e- + 10H+(aq) -> 2Br- (aq) + 5H2O(l)}$$

Los átomos de oxígeno aquí se me escapan. No puedo averiguar cómo equilibrarlos. Me imagino que me equivoqué de camino, pero mi búsqueda de soluciones no ha servido de nada hasta ahora. ¿Puede alguien informarme sobre este pequeño secreto?

Answer 1

En primer lugar, hay que escribir ecuaciones con iones y moléculas reales que sí existen en la solución. Su agente de oxidación aquí es $\ce{BrO3-}$ . En medios neutros se puede utilizar $\ce{H+}$ , $\ce{OH-}$ y $\ce{H2O}$ . Su media reacción puede hacerse a partir de este esquema:

$$\ce{BrO3- -> Br-}$$

No hay oxígeno en la parte derecha por lo que tenemos que añadir $\ce{H2O}$ allí, necesitamos 3 moléculas.

$$\ce{BrO3- -> Br- + 3H2O}$$

Ahora no hay átomos de H en la parte izquierda y 6 átomos de H en la parte derecha. Arregla esto añadiendo 6 protones, $\ce{H+}$ en la parte izquierda:

$$\ce{BrO3- + 6H+ -> Br- + 3H2O}$$

La carga de la parte izquierda es +5 y la carga de la parte derecha es -1. Ahora igualar las cargas en las partes izquierda y derecha mediante la adición de 6 electrones a la parte izquierda.

$$\ce{BrO3- + 6H+ + 6e- -> Br- + 3H2O}$$

La media reacción está lista.

Answer 2

Ahora bien, si necesita utilizar $\ce{OH-}$ iones. Utiliza el mismo esquema: $$\ce{BrO3- -> Br-}$$ No hay oxígeno en la parte derecha por lo que tenemos que añadir $\ce{H2O}$ y/o $\ce{OH-}$ iones en alguna parte. Mira de cerca $\ce{H2O}$ y $\ce{OH-}$ . El agua tiene 2 hidrógenos por átomo de oxígeno y $\ce{OH-}$ tienen 1 hidrógeno por átomo de oxígeno. El problema aquí es que no podemos simplemente añadir un elemento a un lado. Cuando añadimos $\ce{H2O}$ o $\ce{OH-}$ cambiamos las cantidades de oxígeno e hidrógeno. Para ello tendremos que resolver un sistema de ecuaciones. La primera ecuación será el balance de hidrógeno y la segunda el balance de oxígeno. ¿Qué tenemos que añadir a la parte izquierda y qué tenemos que añadir a la parte derecha? Como puedes ver $\ce{OH-}$ contiene el la misma cantidad de oxígeno y menos hidrógeno en comparación con $\ce{H2O}$ . La única manera de equilibrar esas dos ecuaciones es sumando $\ce{OH-}$ a la parte pobre en oxígeno (derecha). Esto significa que añadiremos agua a la parte izquierda. Ahora hagamos las ecuaciones, $a$ será la cantidad de agua, $b$ es la cantidad de $\ce{OH-}$ .

El hidrógeno: $2a=b$

El hidrógeno puede estar contenido en $\ce{H2O}$ o $\ce{OH-}$ sólo, sino una $\ce{H2O}$ contiene dos veces más que $\ce{OH-}$ . Significa que tenemos que usar 2 multiplicadores.

Oxígeno: $3+a=b$

Porque ya tenemos 3 en la parte izquierda. Resolver este sistema. Obtenemos $a=3$ y $b=6$ . $$\ce{BrO3- + 3H2O -> Br- + 6OH-}$$ ¡Vaya, esto funciona! Ahora iguala las cargas. $$\ce{BrO3- + 3H2O +6e- -> Br- + 6OH-}$$ P.D. Añadir agua al lado derecho hará que nuestro sistema sea irresoluble en números naturales. Echa un vistazo.

El hidrógeno: $b=2a$

Oxígeno: $3+b=a$