Problema
Bilanciare la seguente reazione redox in ambiente acido:
$Fe^{2+}+S^{2-}+H^{+}+NO^{-}_3\rightarrow Fe^{3+}+NO+S+H_2O$
Svolgimento
Per bilanciare la reazione redox procediamo per step.
step 1
Individuiamo quali elementi variano il loro numero di ossidazione (n.o.) nel passaggio da reagenti a prodotti.
Nel nostro caso il n.o. del ferro passa da $+2$ in $Fe^{2+}$ a $+3$ in $Fe^{3+}$, cioè si ossida.
Anche lo zolfo si ossida, infatti il suo n.o. passa da $-2$ in $S^{2-}$ a $0$ in $S$
Mentre il n.o. dell’azoto passa da $+5$ in $NO^{-}_3$ a $+2$ in $NO$, cioè si riduce.
STEP 2
Scriviamo tre semireazioni, le prime due di ossidazione e la seconda di riduzione:
$Fe^{2+}\rightarrow Fe^{3+}$
$S^{2-}\rightarrow S$
$NO^{-}_3 \rightarrow NO$
STEP 3
Bilanciamo gli elementi che si ossidano e si riducono nelle semireazioni.
Nel nostro caso sia $Fe$ che $S$ che $N$ sono già bilanciati, quindi possiamo proseguire senza fare nulla.
STEP 4
Bilanciamo il numero di elettroni dovuti all’ossidazione e alla riduzione.
Nella prima semireazione di ossidazione il ferro passando da n.o. $+2$ a $+3$ cederà $1e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai prodotti $1e^-$.
Nella seconda semireazione di ossidazione lo zolfo passando da n.o. $-2$ a $0$ cederà $2e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai prodotti $2e^-$.
Nella semireazione di riduzione l’azoto passando da n.o. $+5$ a $+2$ acquisterà $3e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai reagenti $3e^-$.
$Fe^{2+}\rightarrow Fe^{3+}+1e^-$
$S^{2-}\rightarrow S +2e^-$
$NO^{-}_3 +3e^- \rightarrow NO$
STEP 5
Essendo già completamente bilanciate possiamo sommare le due semireazioni di ossidazione. Così possiamo procedere come al solito con una semireazione di ossidazione e una semireazione di riduzione:
$Fe^{2+}+S^{2-}\rightarrow Fe^{3+}+S +3e^-$
$NO^{-}_3 +3e^- \rightarrow NO$
step 6
Bilanciamo la carica elettrica tra reagenti e prodotti in ciascuna semireazione.
Siccome la reazione avviene in ambiente acido bilanceremo le cariche con la specie $H^+$. La semireazione di ossidazione è già bilanciata elettricamente, mentre per bilanciare quella di riduzione aggiungiamo $4H^+$ tra i reagenti e $2H_2O$ tra i prodotti per bilanciare idrogeno e ossigeno.
$Fe^{2+}+S^{2-}\rightarrow Fe^{3+}+S +3e^-$
$NO^{-}_3 +3e^- +4H^+ \rightarrow NO+2H_2O$
STEP 7
Moltiplichiamo i coefficienti stechiometrici delle semireazioni per avere lo stesso numero di $e^-$ in entrambe le semireazioni.
Nel nostro caso non serve moltiplicare nessuna delle semireazione perché entrambe hanno $3e^-$.
$Fe^{2+}+S^{2-}\rightarrow Fe^{3+}+S +3e^-$
$NO^{-}_3 +3e^- +4H^+ \rightarrow NO+2H_2O$
STEP 8
Sommiamo le due semireazioni.
$Fe^{2+}+S^{2-}+NO^{-}_3 +3e^- +4H^+ \rightarrow Fe^{3+}+S +3e^- + NO+2H_2O$
Da cui semplificando gli elettroni otteniamo la reazione bilanciata:
$Fe^{2+}+S^{2-}+NO^{-}_3 +4H^+ \rightarrow Fe^{3+}+S + NO+2H_2O$
STEP 9
Aggiungendo $3NO^{-}_3$ sia ai reagenti che ai prodotti possiamo scrivere la reazione in forma non dissociata come:
$FeS+4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3+S + NO+2H_2O$