Bilanciamento di una reazione difficile

Il bilanciamento di una reazione non è sempre così immediato e spesso bisogna considerare diversi aspetti per raggiungere l’obiettivo.

Una reazione che presenta qualche difficoltà è l’ossidazione del solfuro di rame (I) ad opera dell’acido nitrico.
La reazione proposta è:
Cu₂S + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + CuSO₃ +  NO₂ +  H₂O

Strategia

Individuazione delle specie che si ossidano e si riducono

Il rame passa da numero di ossidazione +1 in Cu₂S  a numero di ossidazione +2 sia in Cu(NO₃)₂ che in CuSO₃
Lo zolfo passa da numero di ossidazione -2 in Cu₂S a numero di ossidazione +4 in CuSO₃
L’azoto passa da numero di ossidazione +5 in HNO₃ a numero di ossidazione +4 in NO₂

Vi sono pertanto due specie che si ossidano e una specie che si riduce

Scrittura delle semireazioni in forma ionica

A questo punto si devono scrivere le tre semireazioni in forma ionica:

2 Cu⁺ → 2 Cu²⁺
S^2- → SO₃^2-
HNO₃ → NO₂

Bilanciamento di una reazione secondo il metodo delle semireazioni

Si bilanciano le tre semireazioni con il metodo delle semireazioni:

2 Cu⁺ → 2 Cu²⁺ + 2 e^–
3 H₂O + S^2- → SO₃^2-+ 6 H⁺ + 6 e^–
HNO₃ + H⁺ + 1 e^– → NO₂ + H₂O

La somma degli elettroni persi nelle prime due semireazioni è pari a 2 + 6 = 8; nella terza semireazione vi è un acquisto di un solo elettrone. Affinché il numero di elettroni persi sia pari al numero di elettroni acquistati si moltiplica la terza semireazione per 8:
8 HNO₃ + 8 H⁺ + 8 e^– → 8 NO₂ +8 H₂O

Si somma questa semireazione alle prime due:

2 Cu⁺ +3 H₂O + S^2- +8 HNO₃ + 8 H⁺ + 8 e^– → 2 Cu²⁺ + 2 e^– + SO₃^2-+ 6 H⁺ + 6 e^– + 8 NO₂ +8 H₂O

Si semplificano le specie che compaiono da parti opposte come in una equazione:
2 Cu⁺ + S^2- + 8 HNO₃ + 2 H⁺ → 2 Cu²⁺ + SO₃^2- + 8 NO₂ +5 H₂O

Scrittura in forma molecolare

Tenendo conto delle specie che compaiono nella reazione iniziale si scrive la reazione in forma molecolare:
Cu₂S +8 HNO₃ + 2 H⁺ → Cu²⁺ + CuSO₃ + 8 NO₂ + 5 H₂O

Come si può notare a sinistra vi sono 2 H⁺ mentre a destra manca l’anione nitrato presente nel nitrato di rame (II)

Si può quindi scrivere:
Cu₂S + 10 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + CuSO₃ + 8 NO₂ + 5 H₂O