Ajustament reacció química pel mètode de l’ió-electró

Ajustarem la següent reacció química pel mètode de l’ió-electró:

a) K₂Cr₂O₇ + HI + HClO₄ → Cr(ClO₄)₃ + KClO₄ + I₂ + H₂O

Pas 1: Identificar les semireaccions d’oxidació i reducció

Analitzem els estats d’oxidació dels elements per determinar quins s’oxiden i quins es redueixen.

• Cr a K₂Cr₂O₇:
• Cr a K₂Cr₂O₇: estat d’oxidació +6 (ja que $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0$, $2x = +12$, $x = +6$).
• Cr a Cr(ClO₄)₃: estat d’oxidació +3 (ja que $x + 3(-1) = 0$, $x = +3$).
• El Cr es redueix de +6 a +3.
• I a HI:
• I a HI: estat d’oxidació -1 (ja que $1(+1) + x = 0$, $x = -1$).
• I a I₂: estat d’oxidació 0.
• El I s’oxida de -1 a 0.
• Els altres elements (K, Cl, H, O) no canvien significativament el seu estat d’oxidació en aquest context o actuen com a espectadors.

Reducció: Cr₂O₇²⁻ → Cr³⁺
Oxidació: I⁻ → I₂

Pas 2: Escriure i ajustar les semireaccions

Reducció: Cr₂O₇²⁻ → Cr³⁺ (en medi àcid)

1. Escrivim la semireacció:
   $$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow 2\text{Cr}^{3+}$$
2. Balancem els àtoms de Cr (ja estan equilibrats: 2 Cr a cada costat).
3. Balancem els oxígens afegint H₂O al costat dret:
   $$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$$
4. Balancem els hidrògens afegint H⁺ al costat esquerre:
   $$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$$
5. Balancem les càrregues afegint electrons al costat esquerre:

• Càrrega esquerra: $2- + 14(+1) = +12$.
• Càrrega dreta: $2(+3) = +6$.
• Diferència: $+12 – (+6) = +6$. Afegim 6 electrons a l’esquerra:
  $$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$$

Oxidació: I⁻ → I₂

1. Escrivim la semireacció:
   $$\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2$$
2. Balancem els àtoms de iode:
   $$2\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2$$
3. Balancem les càrregues afegint electrons al costat dret:

• Càrrega esquerra: $2(-1) = -2$.
• Càrrega dreta: 0.
• Diferència: $-2 – 0 = -2$. Afegim 2 electrons a la dreta:
  $$2\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{e}^-$$

Pas 3: Igualar el nombre d’electrons

• Reducció: 6 electrons guanyats.
• Oxidació: 2 electrons perduts.
  Multipliquem la semireacció d’oxidació per 3 per igualar els electrons:
  $$3(2\text{I}^- \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{e}^-) \quad \text{és a dir,} \quad 6\text{I}^- \rightarrow 3\text{I}_2 + 6\text{e}^-$$

Pas 4: Sumar les semireaccions

$$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$$
$$6\text{I}^- \rightarrow 3\text{I}_2 + 6\text{e}^-$$
Els electrons es cancel·len:
$$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{I}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 3\text{I}_2 + 7\text{H}_2\text{O}$$

Pas 5: Tornar a la forma molecular i ajustar els altres ions

• Cr₂O₇²⁻ prové de K₂Cr₂O₇, que aporta 2K⁺ i Cr₂O₇²⁻.
• I⁻ prové de HI.
• H⁺ prové de HClO₄ (H⁺ + ClO₄⁻).
• A la dreta, Cr³⁺ forma Cr(ClO₄)₃, i K⁺ forma KClO₄.

Ajustem els coeficients:

1. Cada Cr(ClO₄)₃ necessita 3 ClO₄⁻, i hi ha 2 Cr³⁺, per tant, 6 ClO₄⁻ per als Cr.
2. Cada KClO₄ necessita 1 ClO₄⁻, i hi ha 2K⁺ (de K₂Cr₂O₇), per tant, 2 ClO₄⁻ més.
3. Total ClO₄⁻ necessaris: 6 + 2 = 8, per tant, 8 HClO₄ (que aporten 8 H⁺).
4. Necessitem 14 H⁺ en total, així que els 6 restants venen de HI: 14 H⁺ – 8 H⁺ (de HClO₄) = 6 H⁺ de 6 HI.
5. Els 6 I⁻ coincideixen amb els de la semireacció.

Reacció ajustada:
$$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\text{HI} + 8\text{HClO}_4 \rightarrow 2\text{Cr}(\text{ClO}_4)_3 + 2\text{KClO}_4 + 3\text{I}_2 + 7\text{H}_2\text{O}$$

Pas 6: Verificar el balanç

• K: 2 (esquerra) = 2 (dreta).
• Cr: 2 (esquerra) = 2 (dreta).
• O: 7 (K₂Cr₂O₇) + 32 (8HClO₄) = 39; dreta: 18 (Cr(ClO₄)₃) + 8 (KClO₄) + 7 (H₂O) = 39.
• H: 6 (HI) + 8 (HClO₄) = 14; dreta: 14 (H₂O).
• I: 6 (esquerra) = 6 (3I₂).
• Cl: 8 (esquerra) = 6 + 2 (dreta). Tot equilibrat.

Resposta final

La reacció ajustada és:
$$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 6\text{HI} + 8\text{HClO}_4 \rightarrow 2\text{Cr}(\text{ClO}_4)_3 + 2\text{KClO}_4 + 3\text{I}_2 + 7\text{H}_2\text{O}$$