Problema
Bilanciare la seguente reazione redox in ambiente basico:
$Zn+NO^{-}_3\rightarrow ZnO^{2-}_2+NH_3$
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 $ZnO_2^{2-}$, cioè si ossida.
Mentre il n.o. dell’azoto passa da $+5$ in $NO_3^-$ a $-3$ in $NH_3$, cioè si riduce.
Step 2
Scriviamo due semireazioni, la prima di ossidazione e la seconda di riduzione:
$Zn \rightarrow ZnO_2^{2-}$
$NO_3^- \rightarrow NH_3$
STEP 3
Bilanciamo gli elementi che si ossidano e si riducono nelle due semireazioni.
Nel nostro caso sia gli atomi di $Zn$ che quelli $N$ sono già bilanciati, quindi non occorre fare nulla.
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 $-3$ acquisterà $8e^-$ per ogni atomo, quindi aggiungeremo ai reagenti $8e^-$.
$Zn \rightarrow ZnO_2^{2-}+2e^-$
$NO_3^- +8e^-\rightarrow NH_3$
step 5
Bilanciamo la carica elettrica tra reagenti e prodotti in ciascuna semireazione.
Siccome la reazione avviene in ambiente basico bilanceremo le cariche con la specie $OH^-$.
Per bilanciare la semireazione di ossidazione aggiungiamo $4OH^-$ tra i reagenti e $2H_2O$ tra i prodotti per bilanciare idrogeno e ossigeno.
Invece per bilanciare quella di riduzione aggiungiamo $9OH^-$ tra i prodotti e $6H_2O$ tra i reagenti.
$Zn + 4OH^-\rightarrow ZnO_2^{2-}+2e^- +2H_2O$
$NO_3^- +8e^- +6H_2O\rightarrow NH_3+9OH^-$
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.
$4Zn + 16OH^-\rightarrow 4ZnO_2^{2-}+8e^- +8H_2O$
$NO_3^- +8e^- +6H_2O\rightarrow NH_3+9OH^-$
STEP 7
Sommiamo le due semireazioni.
$4Zn + 16OH^- + NO_3^- +8e^- +6H_2O\rightarrow 4ZnO_2^{2-}+8e^- +8H_2O +NH_3+9OH^-$
Da cui semplificando $e^-$, $OH^-$ e $H_2O$ otteniamo la reazione bilanciata:
$4Zn + 7OH^- + NO_3^- \rightarrow 4ZnO_2^{2-} +2H_2O +NH_3$