Problema
Bilanciare la seguente reazione redox in ambiente acido:
$NO^{-}_3+Zn\rightarrow Zn^{2+}+N_2O$
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. dello zinco passa da $0$ in $Zn$ a $+2$ in $Zn^{2+}$, cioè si ossida.
Mentre il n.o. dell’azoto passa da $+5$ in $NO_3^-$ a $+1$ in $N_2O$, cioè si riduce.
Step 2
Scriviamo due semireazioni, la prima di ossidazione e la seconda di riduzione:
$Zn\rightarrow Zn^{2+}$
$NO_3^-\rightarrow N_2O$
STEP 3
Bilanciamo gli elementi che si ossidano e si riducono nelle due semireazioni.
Nel nostro caso $Zn$ è già bilanciato, mentre dovremo bilanciare l’azoto aggiungendo un coefficiente $2$ davanti a $NO_3^-$. Otteniamo:
$Zn\rightarrow Zn^{2+}$
$2NO_3^-\rightarrow N_2O$
STEP 4
Bilanciamo il numero di elettroni dovuti all’ossidazione e alla riduzione.
Nella semireazione di ossidazione lo zinco passando da n.o. $0$ a $+2$ cederà $2e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai prodotti $2e^-$.
Nella semireazione di riduzione l’azoto passando da n.o. $+5$ a $+1$ acquisterà $4e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai reagenti $8e^-$.
$Zn\rightarrow Zn^{2+}+2e^-$
$2NO_3^-+8e^-\rightarrow N_2O$
step 5
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.
Per bilanciare quella di riduzione aggiungiamo $10H^+$ tra i reagenti e $5H_2O$ tra i prodotti per bilanciare ossigeno e idrogeno.
$Zn\rightarrow Zn^{2+}+2e^-$
$2NO_3^-+8e^-+10H^+\rightarrow N_2O+5H_2O$
STEP 6
Moltiplichiamo i coefficienti stechiometrici delle semireazioni per avere lo stesso numero di $e^-$ in entrambe le semireazioni.
Nel nostro caso moltiplicheremo $\times 4$ la prima e lasceremo com’è la seconda.
$4Zn\rightarrow 4Zn^{2+}+8e^-$
$2NO_3^-+8e^-+10H^+\rightarrow N_2O+5H_2O$
STEP 7
Sommiamo le due semireazioni.
$4Zn+2NO_3^-+8e^-+10H^+\rightarrow 4Zn^{2+}+8e^-+N_2O+5H_2O$
Da cui semplificando gli elettroni otteniamo la reazione bilanciata:
$4Zn+2NO_3^-+10H^+\rightarrow 4Zn^{2+}+N_2O+5H_2O$