Come si bilancia la reazione di combustione del benzene?

Francesca ha scritto:

Gentile professoressa, non so come comportarmi nel bilanciamento di reazioni organiche e vorrei che mi aiutasse a risolvere questo quesito che ne contiene una.

Bilanciare la seguente reazione a pH neutro

benzene  +  O₂  →  CO₂ +  H₂O  

Se la densità del benzene liquido a 20 °C è 0,90 g/mL determinare quanti L di O₂ misurati in condizioni standard servono per la combustione di 50 mL di benzene.

Vorrei inoltre sapere cosa cambia nel ragionamento da fare se una reazione avviene a pH neutro, basico o acido e come si può dedurre in che ambiente la reazione si trova.

Ecco l’aiuto:

La reazione che mi proponi è la combustione del benzene (C₆H₆) che, pur appartenendo alla più grande categoria delle reazioni di ossido-riduzione (red-ox), la si bilancia come una qualsiasi normale reazione inorganica.

Per quanto riguarda l’effetto del pH sull’andamento di una trasformazione chimica, organica o inorganica che sia, tieni presente che, a seconda del suo valore, possono formarsi prodotti di reazione diversi. Per esempio, lo ione permanganato, MnO₄^-, si riduce a ione Mn²⁺ in ambiente acido, a ione manganato, MnO₄^2-, in ambiente basico, e a MnO_2(s) in ambiente neutro; l’unico modo per dedurre in quale ambiente avviene la reazione è di conoscere il comportamento chimico della specie in questione.  In ogni caso, la procedura da utilizzare per il bilanciamento di una reazione redox è piuttosto articolata ed è leggermente diversa se l’ambiente è acido o basico.

In merito alla risoluzione del problema, a partire dalla densità del benzene si determina la massa che viene bruciata e, da questa, la sua quantità in moli; tenendo presente il rapporto molare di reazione con l’ossigeno, si calcola la quantità in moli di ossigeno e la si trasforma poi nel corrispondente volume ricordando che, a STP, il volume molare di un qualsiasi gas che si comporti in modo ideale è pari a 22,414 L/mol.

Passando al bilanciamento e ai calcoli si ha:

2 C₆H₆ +  15 O₂  → 12 CO₂ +  6 H₂O

m = d×V = 0,90 g/mL × 50 mL = 45 g

n C₆H₆ = m/m_molare = 45 g/78,11 g/mol = 0,576 mol

n O₂ = 0,576 mol C₆H₆ × 15 mol O₂/2 molC₆H₆ = 4,32 mol O₂

V_O2= n O₂ ×V_molare = 4,32 mol×22,414 L/mol = 96,8 L

In conclusione, per la combustione di 50 mL di benzene servono circa 97 L di ossigeno misurati a condizioni di temperatura e pressione standard.