Para resolver la ecuación 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 usando reacciones de media celda, dividiremos la reacción en dos partes. Cada parte representará la oxidación y la reducción.
Paso 1: Identificar los números de oxidación
Primero, determinamos los números de oxidación de cada elemento en la reacción. En el lado de los reactivos, el hierro (Fe) elemental tiene un número de oxidación de 0. El oxígeno (O2) también tiene un número de oxidación de 0.
En el lado de los productos, en el compuesto Fe2O3, el oxígeno tiene un número de oxidación de -2. Por lo tanto, el hierro debe tener un número de oxidación de +3 para que el compuesto sea neutro. 2(+3) + 3(-2) = 0.
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Paso 2: Identificar la oxidación y la reducción
La oxidación es la pérdida de electrones. El número de oxidación aumenta. El hierro pasa de 0 a +3, lo que significa que se oxida.
La reducción es la ganancia de electrones. El número de oxidación disminuye. El oxígeno pasa de 0 a -2, lo que significa que se reduce.
Paso 3: Escribir las semi-reacciones
Semi-reacción de oxidación: Fe → Fe3+. Notamos que el hierro pierde electrones.
Semi-reacción de reducción: O2 → O2-. Notamos que el oxígeno gana electrones.
Paso 4: Balancear los átomos (excepto O y H)
Semi-reacción de oxidación (balanceada para el átomo de hierro): Fe → Fe3+. Aquí, ya está balanceado.
Semi-reacción de reducción (balanceada para el átomo de oxígeno): O2 → 2O2-. Hay dos átomos de oxígeno a cada lado.
Paso 5: Balancear la carga con electrones
Semi-reacción de oxidación (balanceada para la carga): Fe → Fe3+ + 3e-. Se añaden tres electrones al lado derecho para balancear la carga.
Semi-reacción de reducción (balanceada para la carga): O2 + 4e- → 2O2-. Se añaden cuatro electrones al lado izquierdo para balancear la carga.
Paso 6: Igualar el número de electrones
Para combinar las semi-reacciones, el número de electrones debe ser el mismo en ambas. Multiplicamos la semi-reacción de oxidación por 4 y la semi-reacción de reducción por 3.
Semi-reacción de oxidación (multiplicada por 4): 4Fe → 4Fe3+ + 12e-.
Semi-reacción de reducción (multiplicada por 3): 3O2 + 12e- → 6O2-.
Paso 7: Combinar las semi-reacciones
Sumamos las dos semi-reacciones. Cancelamos los electrones que aparecen en ambos lados.
4Fe + 3O2 + 12e- → 4Fe3+ + 6O2- + 12e-. Simplificando: 4Fe + 3O2 → 4Fe3+ + 6O2-.
Paso 8: Simplificar la ecuación
La ecuación combinada es 4Fe + 3O2 → 4Fe3+ + 6O2-. Observamos que 4Fe3+ + 6O2- es equivalente a 2Fe2O3.
La ecuación balanceada final es: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3. Esta es la ecuación original.
Las semi-reacciones balanceadas son: Oxidación: 4Fe → 4Fe3+ + 12e- y Reducción: 3O2 + 12e- → 6O2-.
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