Esercizio - bilanciamento in ambiente basico e disproporzione del cloro

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Il metodo in ambiente basico

Si bilancia la semireazione come in ambiente acido (con $\text{H}_2\text{O}$ e $\text{H}^+$) e poi si trasforma: per ogni $\text{H}^+$ si aggiunge un $\text{OH}^-$ a entrambi i membri; $\text{H}^+ + \text{OH}^-$ diventano $\text{H}_2\text{O}$, e si semplifica l'acqua dove compare da entrambe le parti.

1(a). Disproporzione di $\text{Cl}_2$ a caldo

Riduzione: $\text{Cl}_2\to 2\,\text{Cl}^-$, $\text{Cl}_2 + 2\,e^-\to 2\,\text{Cl}^-$.

Ossidazione: $\text{Cl}_2\to 2\,\text{ClO}_3^-$ (Cl da $0$ a $+5$, 5 elettroni per atomo, 10 per $\text{Cl}_2$). Ambiente acido: 6 O $\to 6\,\text{H}_2\text{O}$ a sinistra, 12 H $\to 12\,\text{H}^+$ a destra: $\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}\to 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}^+ + 10\,e^-$. In ambiente basico si aggiungono $12\,\text{OH}^-$ ai due lati: $\text{Cl}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} + 12\,\text{OH}^-\to 2\,\text{ClO}_3^- + 12\,\text{H}_2\text{O} + 10\,e^-$, e semplificando $6\,\text{H}_2\text{O}$:

$$\text{Cl}_2 + 12\,\text{OH}^-\to 2\,\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}_2\text{O} + 10\,e^-$$

Uguagliare gli elettroni: la riduzione $\times 5$ ($10\,e^-$): $5\,\text{Cl}_2 + 10\,e^-\to 10\,\text{Cl}^-$. Somma:

$$6\,\text{Cl}_2 + 12\,\text{OH}^-\to 10\,\text{Cl}^- + 2\,\text{ClO}_3^- + 6\,\text{H}_2\text{O}$$

e dividendo per 2:

$$\boxed{3\,\text{Cl}_2 + 6\,\text{OH}^-\to 5\,\text{Cl}^- + \text{ClO}_3^- + 3\,\text{H}_2\text{O}}$$

Controllo: Cl $6 = 5 + 1$ ✓; O $6 = 3 + 3$ ✓; H $6 = 6$ ✓; carica $-6 = -5 - 1$ ✓.

1(b). Permanganato e ioduro in basico

Riduzione ($\text{Mn}$ $+7\to+4$, $3\,e^-$): ambiente acido $\text{MnO}_4^- + 4\,\text{H}^+ + 3\,e^-\to\text{MnO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$; aggiungendo $4\,\text{OH}^-$ ai due lati: $\text{MnO}_4^- + 2\,\text{H}_2\text{O} + 3\,e^-\to\text{MnO}_2 + 4\,\text{OH}^-$.

Ossidazione: $2\,\text{I}^-\to\text{I}_2 + 2\,e^-$. Mcm $6$: la prima $\times 2$, la seconda $\times 3$:

$$\boxed{2\,\text{MnO}_4^- + 6\,\text{I}^- + 4\,\text{H}_2\text{O}\to 2\,\text{MnO}_2 + 3\,\text{I}_2 + 8\,\text{OH}^-}$$

Carica: sinistra $-2 - 6 = -8$; destra $-8$ ✓. O: $8 + 4 = 12$ a sinistra, $4 + 8 = 12$ a destra ✓; H: $8 = 8$ ✓.

1(c). Alluminio in soda

Ossidazione: $\text{Al} + 4\,\text{OH}^-\to\text{Al(OH)}_4^- + 3\,e^-$ (carica: $-4$ a sinistra, $-1 - 3 = -4$ a destra ✓).

Riduzione: $2\,\text{H}_2\text{O} + 2\,e^-\to\text{H}_2 + 2\,\text{OH}^-$.

Mcm $6$: la prima $\times2$, la seconda $\times3$:

$$2\,\text{Al} + 8\,\text{OH}^- + 6\,\text{H}_2\text{O}\to 2\,\text{Al(OH)}_4^- + 3\,\text{H}_2 + 6\,\text{OH}^-$$

e semplificando $6\,\text{OH}^-$:

$$\boxed{2\,\text{Al} + 2\,\text{OH}^- + 6\,\text{H}_2\text{O}\to 2\,\text{Al(OH)}_4^- + 3\,\text{H}_2}$$

(l'alluminio, anfotero, è attaccato dalle basi: per questo non si lavano gli oggetti di alluminio con soda caustica).

2. Candeggina

Ossidazione: $\text{Cl}_2 + 4\,\text{OH}^-\to 2\,\text{ClO}^- + 2\,\text{H}_2\text{O} + 2\,e^-$ (Cl da $0$ a $+1$). Riduzione: $\text{Cl}_2 + 2\,e^-\to 2\,\text{Cl}^-$.

$$\boxed{\text{Cl}_2 + 2\,\text{OH}^-\to\text{Cl}^- + \text{ClO}^- + \text{H}_2\text{O}}$$

Cl $2 = 1 + 1$ ✓, O $2 = 1 + 1$ ✓, H $2 = 2$ ✓, carica $-2 = -2$ ✓.

3. Quantità

$n(\text{Cl}_2) = 10{,}0/70{,}906 = 0{,}1410\ \text{mol}$. Dalla (a): $3\,\text{Cl}_2 : 5\,\text{Cl}^- : 1\,\text{ClO}_3^- : 6\,\text{OH}^-$.

• $n(\text{ClO}_3^-) = 0{,}1410/3 = 0{,}04701\ \text{mol}\ \Rightarrow\ m(\text{NaClO}_3) = 0{,}04701\cdot 106{,}44 = \mathbf{5{,}00\ g}$;
• $n(\text{Cl}^-) = \tfrac53\cdot 0{,}1410 = 0{,}2351\ \text{mol}\ \Rightarrow\ m(\text{NaCl}) = 0{,}2351\cdot 58{,}44 = \mathbf{13{,}7\ g}$;
• $n(\text{NaOH}) = 2\cdot 0{,}1410 = \mathbf{0{,}282\ mol}$ (il rapporto è $6\,\text{OH}^- : 3\,\text{Cl}_2 = 2$), cioè $11{,}3\ \text{g}$ di NaOH ($M = 39{,}997$).

Controllo di massa: si formano anche $3\,\text{H}_2\text{O}$ ogni $3\,\text{Cl}_2$, cioè $0{,}1410\ \text{mol}$ di acqua, $0{,}1410\cdot 18{,}015 = 2{,}54\ \text{g}$. Reagenti: $10{,}0 + 11{,}3 = 21{,}3\ \text{g}$. Prodotti: $5{,}00 + 13{,}74 + 2{,}54 = 21{,}3\ \text{g}$ ✓.

4. Domanda teorica

La disproporzione (o dismutazione) è una redox in cui un elemento nello stesso stato di ossidazione iniziale si ossida in una parte degli atomi e si riduce nell'altra. Perché sia possibile l'elemento deve avere uno stato di ossidazione intermedio fra due altri stati stabili: Cl a $0$ è intermedio fra $-1$ e $+1$ o $+5$. Gli stati estremi non possono disproporzionare ($\text{Cl}^-$ può solo ossidarsi, $\text{ClO}_4^-$ solo ridursi). Altri esempi: $2\,\text{H}_2\text{O}_2\to 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ (O da $-1$ a $-2$ e a $0$), $2\,\text{Cu}^+\to\text{Cu} + \text{Cu}^{2+}$. L'inverso si chiama comproporzione.

Risultati

Errori comuni

• Lasciare $\text{H}^+$ in ambiente basico: dopo la trasformazione devono sparire.
• Aggiungere gli $\text{OH}^-$ da un solo lato.
• Non semplificare l'acqua presente ai due lati, o non dividere per il massimo comun divisore.
• Dimenticare che $\text{Cl}_2$ ha due atomi nei conti sugli elettroni.