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I calcoli stechiometrici con le redox da bilanciare

Loris mi chiede di bilanciare alcune reazioni redox che procedono in ambiente acido e di sviluppare i calcoli stechiometrici richiesti per ciascuna reazione.
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Loris ha scritto: Ho necessità primaria che possa risolvere e spiegare un minimo questi problemi dati in un campito in classe da un prof. che per spiegare le ox-rid in classe ne ha fatte tre solamente per esempio e ci ha dato questa parte del compito. Io ho perso un sacco di tempo per bilanciarle sbagliando e ho avuto difficoltà a risolvere poi i conti.. spero possa risolverli perché in questo periodo duro ho bisogno di aiuto. Cortesemente la settimana prossima vengo interrogato su questi esercizi. Spero mi possa aiutare, grazie. Bilancia le seguenti reazioni scritte in forma ionica che avvengono in soluzione acida.
  1. NO3- + Cu = NO2 + Cu2+ Determinare i grammi di CuCl2 che si ottengono mettendo a reagire 15 g di NaNO3 e 7,0 g di Cu.
  2. IO3-  +  AsO33-  = I- +  AsO43- Determinare i grammi di HI che si ottengono mettendo a reagire  4,0 g di NaIO3 e 7,0 g di H3AsO3.
  3. SO42- +  Zn = Zn2+ +  SO2 Determinare i grammi di ZnI2 che si ottengono da 25 g di K2SO4.
  Rispondo così: Per quanto riguarda le tappe del bilanciamento con il metodo ionico-elettronico, ti consiglio di leggere gli articoli che ho pubblicato in precedenza, quali, per esempio, Come bilanciare le reazioni redox e Un altro metodo per bilanciare le reazioni redox. Per quanto riguarda i calcoli stechiometrici, devi sempre tenere presente che i coefficienti stechiometrici introdotti con il bilanciamento ti consentono di individuare i rapporti molari di reazione. Per risolvere i problemi, allora, non devi fare altro che trasformare le masse note in moli, ricavare le quantità in moli delle specie richieste considerando i rapporti molari di reazione e trasformarle poi in massa moltiplicandole per le rispettive masse molari. Ricordati anche di valutare se uno dei reagenti è in difetto; in tal caso la quantità di prodotti che si formano dalla reazione è determinata da questo reagente che, proprio per questo, funge da reagente limitante. Il bilanciamento e i calcoli in dettaglio per il primo problema sono questi.
  1. NO3- + Cu = NO2 + Cu2+
  • Separazione delle semireazioni ed eventuale bilanciamento degli atomi diversi da idrogeno e ossigeno

Cu      Cu2+                                                      NO3-    NO2

  • Bilanciamento degli atomi di ossigeno per aggiunta di H2O Cu   →   Cu2+                                                      NO3-  →  NO2 + H2O   
  • Bilanciamento degli atomi di idrogeno per aggiunta di ioni H+ Cu   →   Cu2+                                                      NO3-  +  2 H+    →  NO2 + H2O   
  • Bilanciamento delle cariche elettriche per aggiunta di elettroni Cu   →   Cu2+  2 e-                                            NO3-  +  2 H+  +  e-  →  NO2 + H2O   
  • Bilanciamento degli elettroni persi e acquistati Cu   →   Cu2+  +  2 e-                                            2×(NO3-  +  2 H+  +  e-  →  NO2 + H2O)
  • Somma delle semireazioni ed eventuale semplificazione dei termini simili

    Cu  +  2  NO3-  +  4 H+  →   Cu2+  +  2 NO2  + 2 H2O

n NaNO3m / mmolare = 15 g / 84,9947 g/mol = 0,1765 mol n Cu =  m / mmolare = 7,0 g / 63,546 g/mol = 0,1102 mol

La quantità in moli di ioni nitrato necessaria a ossidare tutto il rame deve essere il doppio della quantità in moli di rame; servirebbero, quindi, 2×0,1102 = 0,2204 mol di ioni nitrato. Poiché la quantità disponibile è inferiore, il nitrato di sodio, che è la fonte di ioni nitrato, funge da reagente limitante. Da 0,1765 mol di nitrato di sodio possono allora formarsi, al massimo, 0,1765/2 = 0,08825 mol di ioni Cu2+ e, di conseguenza, 0,08825 mol di CuCl2.

m CuCl2n · mmolare = 0,08825 mol · 134,45 g/mol = 11,87 g

Tenendo conto delle cifre significative, la massa di cloruro rameico che si ottiene dalla reazione è circa 12 g. Per gli altri due problemi devi seguire lo schema precedente; io ti riporto il bilanciamento delle due semireazioni e quello complessivo, ma lascio a te i calcoli stechiometrici.
  1. IO3-  +  AsO33-  = I- +  AsO43-

IO3-  +  6 H+ +  6 e- = I-  +  3 H2O                      AsO33-  +  H2O = AsO43-  +  2 H+ +  2e- 

IO3-  +  3 AsO33-  =  I-  +  3 AsO43-

  1. SO42- +  Zn = Zn2+ +  SO2

SO42-4 H+ +  2 e-  =  SO2   +  2 H2O                          Zn  =  Zn2+ +  2e-  

SO42-4 H+ +  Zn   =  SO2   +  Zn2+ +  2 H2O

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