Problema
Bilanciare la seguente reazione redox:
$Cu+H_2SO_4\rightarrow CuSO_4+SO_2+H_2O$
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 rame passa da $0$ in $Cu$ a $+2$ in $CuSO_4$, cioè si ossida.
Mentre il n.o. dello zolfo passa da $+6$ in $H_2SO_4$ a $+4$ in $SO_2$, cioè si riduce.
Step 2
Scriviamo in forma dissociata la reazione di partenza, per evidenziare quali specie sono coinvolte nella reazione.
$Cu+2H^{+}+SO_4^{2-}\rightarrow Cu^{2+}+SO_4^{2-}+SO_2+H_2O$
STEP 3
Scriviamo due semireazioni, la prima di ossidazione e la seconda di riduzione:
$Cu\rightarrow Cu^{2+}$
$SO_4^{2-} \rightarrow SO_2$
STEP 4
Bilanciamo gli elementi che si ossidano e si riducono nelle due semireazioni.
Nel nostro caso $Cu$ ed $S$ sono già bilanciati quindi non serve fare nulla.
STEP 5
Bilanciamo il numero di elettroni dovuti all’ossidazione e alla riduzione.
Nella semireazione di ossidazione il rame passando da n.o. $0$ a $+2$ cederà $2e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai prodotti $2e^-$.
Nella semireazione di riduzione lo zolfo passando da n.o. $+6$ a $+4$ acquisterà $2e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai reagenti $2e^-$.
$Cu\rightarrow Cu^{2+}+2e^-$
$SO_4^{2-} +2e^-\rightarrow SO_2$
step 6
Bilanciamo la carica elettrica tra reagenti e prodotti in ciascuna semireazione.
Siccome la reazione avviene in ambiente acido ($H_2SO_4$) 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.
$Cu\rightarrow Cu^{2+}+2e^-$
$SO_4^{2-} +2e^- +4H^+\rightarrow SO_2+2H_2O$
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 semireazioni perché abbiamo $2e^-$ sia nell’ossidazione che nella riduzione.
$Cu\rightarrow Cu^{2+}+2e^-$
$SO_4^{2-} +2e^- +4H^+\rightarrow SO_2+2H_2O$
STEP 8
Sommiamo le due semireazioni.
$Cu+SO_4^{2-} +2e^- +4H^+\rightarrow Cu^{2+}+2e^- +SO_2+2H_2O$
Da cui semplificando gli elettroni otteniamo la reazione bilanciata:
$Cu+SO_4^{2-} +4H^+\rightarrow Cu^{2+} +SO_2+2H_2O$
STEP 9
Per ritornare alla forma non dissociata aggiungiamo sia ai reagenti che ai prodotti $SO_4^{2-}$ e ricombiniamo questa specie con idrogeno e rame.
La nostra reazione redox bilanciata sarà:
$Cu+2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 +SO_2+2H_2O$