Pakiet sprawdzający wiedzę Reakcje utleniania i redukcji

(1)

1

Stopień utlenienia - jest to ładunek elementarny dodatni lub ujemny, jaki uzyskałby atom danego pierwiastka w związku chemicznym , gdyby wszystkie wiązania utworzone przez ten atom były oddziaływaniami elektrostatycznymi.

Reguły określania stopnia utlenienia

1. Pierwiastki w stanie wolnym posiadają stopień utlenienia równy 0.

2. Suma stopni utlenienia pierwiastków dla związku chemicznego jest zawsze równa 0.

I VI -II

np. Na2SO4 2·I+VI+4·(-II)=0

3. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład jonu jest równa ładunkowi tego jonu.

VI –II

np.SO42-

VI+4·(-II)=-2

4. Litowce tworzące związki chemiczne przyjmują stopień utlenienia równy +I.

+I -I

np.NaH

5. Berylowce tworzące związki chemiczne przyjmują stopień utlenienia równy +II.

+II –I

np.BeH2

6. Wodór w związkach chemicznych przyjmuje stopień utlenienia równy +I, wyjątkiem są wodorki metali, w których wodór przyjmuje stopień utlenienia -I.

7. Tlen w związkach chemicznych przyjmuje stopień utlenienia –II, wyjątkiem są:

 nadtlenki np. H2O2, gdzie tlen przyjmuje wartość –I

 ponadtlenki np. KO2 gdzie tlen przyjmuje wartość –1/2

 cząsteczka OF2, gdzie tlen przyjmuje wartość +II 8. Fluor w związkach chemicznych przyjmuje stopień utlenienia –I.

^{+I -I} np.HF

9. W związkach organicznych stopień utlenienia każdego atomu węgla obliczamy oddzielnie. Suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków dla związku organicznego jest równa 0.

C C C

H

H H H

H

H O^-II ^I

II -III I

I I

-III

I -II

-III I

I

I I I

C C -II

O C

H O

H H

-II H

III

10. W niektórych cząsteczkach np. w estrach atomy tlenu występują jako element łańcucha węglowego, jego stopień utlenienia dzieli się równomiernie na dwa sąsiadujące atomy węgla.

 grupa funkcyjna zawierająca atom azotu przyjmuje stopień utlenienia –I na każde wiązanie łączące ją z atomem węgla, np.

CH₃-NH₂ -NH^-III ₂

-II -I

CH₃-NO₂ -NO^-III ₂

-II -I

CH₃ COOH NO₂ NH₂

III

-III III -III

(2)

2

Szereg napięciowy metali - jest to szereg w którym zostały zestawione, według rosnących wartości standardowe potencjały półogniw metalicznych.

Wraz ze wzrostem wartości potencjału:

 rosną właściwości utleniające jonów metali

 maleje zdolność redukująca atomów metali

 maleje aktywność metali

 spada zdolność oddawania elektronów

 wybrane metale nie reagują z wodą nawet w podwyższonej temperaturze

 wybrane metale reagują z kwasami silnie utleniającymi (np. Cu, Hg, Ag)

 wybrane metale roztwarzają się w wodzie królewskiej (np. Au, Pt)

Wraz z malejącą wartością potencjału:

 rosną właściwości redukujące jonów metali

 maleje zdolność utleniająca atomów metali

 rośnie aktywność metali

 maleje zdolność przyłączania elektronów

 wybrane metale wypierają wodór z kwasów słabo utleniających

 wybrane metale reagują z woda w temperaturze pokojowej (np. Li, K , Na, Ca)

 wybrane metale reagują z woda w podwyższonej temperaturze (np. Mg, Al, Mn, Zn, Fe)

PAMIĘTAJ !

Metal bardziej aktywny wypiera metal mniej aktywny z roztworu jego soli.

SZEREG ELEKTRO - CHEMICZNY METALI Elektroda E ° [V]

Li/Li⁺ -3,04 Ca/Ca²⁺ -2,86 Mg/Mg²⁺ -2,36 Al/Al³⁺ -1,69 Mn/Mn²⁺ -1,18 Zn/Zn²⁺ -0,76 Cr/Cr³⁺ -0,74 Fe/Fe²⁺ -0,44 Cd/Cd²⁺ -0,40 Co/Co²⁺ -0,28 Ni/Ni²⁺ -0,26 Sn/Sn²⁺ -0,14 Pb/Pb²⁺ -0,14 Fe/Fe³⁺ -0,04 H2/2H⁺ 0,00 Bi/Bi³⁺ +0,32 Cu/Cu²⁺ +0,34 Ag/Ag⁺ +0,80 Hg/Hg²⁺ +0,85 Au/Au³⁺ +1,52

Pierwiastek Na Mg Al Si P S Cl

Najwyższy tlenek Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7

Najwyższy stopień utlenienia w związkach

tlenowych

I II III IV V VI VII

Charakter

chemiczny tlenku zasadowy zasadowy amfoteryczny słabo kwasowy

umiarkowanie kwasowy

Silnie kwasowy

bardzo silnie kwasowy

Wodorek NaH MgH2 AlH3 SiH4 PH3 H2S HCl

Najniższy stopień utlenienia

w związkach beztlenowych

I II III IV III -II -I

Charakter chemiczny wodorku

zasadowy zasadowy słabo

zasadowy obojętny bardzo słabo zasadowy

słabo kwasowy

silnie kwasowy

(3)

3 Bilansowanie równań reakcji utleniania i redukcji

Reakcja utleniania i redukcji (redoks) - to reakcja w której następuje zmiana stopni utlenienia pierwiastków na skutek wymiany elektronów między utleniaczem a reduktorem np.

0 +I +II 0

Mg + HCl MgCl2 + H2

Reakcja dysproporcjonowania - to reakcja w której ta sama substancja jest zarówno utleniaczem jak i reduktorem np.

+V +VII -I

KClO3 KClO4 + KCl

Reakcja synproporcjonowania - jest to reakcja w której produktem utleniania i redukcji jest ta sama substancja np.

+IV 0 +II

CO2 + C CO

Proces utleniania - to proces który polega na oddawaniu elektronów przez atom pierwiastka i tym samym zwiększeniu jego stopnia utlenienia np.

0 +II

Zn Zn²⁺+ 2e^-

Proces redukcji - to proces polegający na przyjmowaniu elektronów przez atom pierwiastka, i tym samym zmniejszeniu jego stopnia utlenienia np.

0 -I

Br + 1e^- Br ^–

Reduktor - oddaje elektrony w reakcji utleniania, ma możliwość podwyższania stopnia utlenienia, posiada właściwości redukujące, występuje na najniższym stopniu utlenienia i posiadają małą elektroujemność, np. H2, CO, C, Mg, Al, S^2-, SO32-

Utleniacz - przyjmuje elektrony w reakcji redukcji, ma możliwość obniżenia stopnia utlenienia, posiada właściwości utleniające, posiadają dużą elektroujemność, np. KMnO4, K2CrO7, H2O2, SO42-

,NO3-

Bilans elektronowy.

Przykład 1

2FeCl₃ + SnCl₂ 2FeCl₂ + SnCl₄

Równanie zbilansowane:

x1 x2 2 FeCl₃ + SnCl₂ FeCl₂ + SnCl₄

Redukcja: Fe + 1e^- Fe

Utlenianie: Sn Sn + 2e^-

+III

+II +IV

+II

Utleniacz: FeCl₃ Reduktor: SnCl₂

(4)

4

Przykład 2 - Bilansowanie równania reakcji dysproporcjonowania

Przykład 3 - Bilansowanie równania reakcji synproporcjonowania

Równanie zbilansowane:

KIO₃ + HI + H₂SO₄ I₂ + K₂SO₄ + H₂O

x5

Redukcja: 2I^- + 10e^- I₂

Utlenianie: 2I I₂ + 2e-

+V

-I

0

10

utleniacz: KIO₃ reduktor: HI

2KIO₃ + 10HI + H₂SO₄ 6I₂ + K₂SO₄ + 6H₂O x1

Bilans elektronowo-jonowy

Przykład 4 - Schemat postępowania przy ustaleniu współczynników dla reakcji przebiegającej w środowisku kwasowym dla podanej reakcji jonowej:

MnO₄^- + H⁺ + NO₂^- Mn²⁺ + NO₃^- + H₂O

 ustalamy stopnie utlenienia

MnO₄^- Mn²⁺

+VII +II

 na podstawie stopni utlenienia ustalamy ilości pobranych elektronów

MnO₄^- + 5e^- Mn²⁺

+VII +II

 wyrównujemy brakujące ilość atomów tlenu , za pomocą ilości cząsteczek wody

MnO₄^- + 5e^- Mn²⁺+ 4H₂O

+VII +II

 wyrównujemy brakujące ilości atomów wodoru za pomocą ilości kationów wodoru

MnO₄^- + 5e^-+ 8H⁺ Mn²⁺+ 4H₂O

+VII +II

(5)

5

Analogicznie postępujemy w przypadku równania procesu utleniania jonu NO2-

:

NO₂^- NO₃^-

+III +V

NO₂^- NO₃^-+ 2e^-

+III +V

 wyrównujemy brakujące ilość atomów tlenu , za pomocą ilości cząsteczek wody

NO₂^-+ H₂O NO₃^-+ 2e^-

+III +V

 wyrównujemy brakujące ilości atomów wodoru za pomocą ilości kationów wodoru

NO₂^-+ H₂O NO₃^-+ 2e^- + 2H⁺

+III +V

 zawsze na końcu przy prawidłowym zapisie równania połówkowego sprawdzamy czy zgadza się zasada „zachowania masy i ładunku”

 na podstawie zbilansowanych procesów utleniania i redukcji uzgadniamy współczynniki dla danej reakcji

proces redukcji:

MnO₄^- + 5e^-+ 8H⁺ Mn²⁺+ 4H₂O

+VII +II

proces utleniania:

NO₂^-+ H₂O NO₃^-+ 2e^- + 2H⁺

+III +V

 uzgadniamy wspólny mianownik dla ilości pobranych elektronów.

MnO₄^- + 5e^-+ 8H⁺ Mn²⁺+ 4H₂O

+VII +II

NO₂^-+ H₂O NO₃^-+ 2e^- + 2H⁺

+III +V 10

x2

x5

 dodajemy stronami połówkowe równania reakcji:

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- + 5H₂O + 5NO₂^- 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5NO₃^- + 1 0H⁺ + 10e^-

 zapisujemy zbilansowane równanie reakcji:

2MnO₄^- + 6H⁺ + 5NO₂^- 2Mn²⁺ + 5NO₃^- + 3H₂O ilość H⁺= 6 (czyli 16H⁺- 10H⁺)

ilość H2O =3 ( czyli 8 H2O - 5 H2O)

(6)

6

Przykład 5 - Schemat postępowania przy ustaleniu współczynników dla reakcji przebiegającej w środowisku obojętnym i zasadowym dla następujących reakcji jonowych.

NO₃^- + Zn + OH^- NH₃ + ZnO₂^- + H₂O

NO₃^- NH₃

+V -III

 ustalamy ilości pobranych elektronów

NO₃^-+ 8e^- NH₃

+V -III

 wyrównujemy ładunek przy użyciu jonów OH^-

NO₃^-+ 8e^- NH₃+ 9OH^-

+V -III

 wyrównujemy brakujące ilości atomów wodorów za pomocą ilości cząsteczek wody

NO₃^-+ 8e^-+ 6H₂O NH₃+ 9OH^-

+V -III

Analogicznie postępujemy w przypadku równania procesu utleniania atomu Zn:

Zn ZnO⁰ ₂^2-

+II

Zn ZnO⁰ ₂^2- + 2e^-

+II

Zn + 4OH⁰ ^- ZnO^+II ₂^2- + 2e^-

Zn + 4OH⁰ ^- ZnO^+II ₂^2- + 2e^-+ 2H₂O

 zawsze na końcu przy prawidłowym zapisie równania połówkowego sprawdzamy czy zgadza się zasada „zachowania masy i ładunku”.

 na podstawie zbilansowanych procesów utleniania i redukcji uzgadniamy współczynniki dla danej reakcji.

proces redukcji:

NO₃^-+ 8e^-+ 6H₂O NH₃+ 9OH^-

+V -III

(7)

7 proces utleniania:

Zn + 4OH⁰ ^- ZnO^+II ₂^2- + 2e^-+ 2H₂O

 uzgadniamy wspólny mianownik dla ilości pobranych elektronów

8 NO₃^-+ 8e^-+ 6H₂O NH₃+ 9OH^-

+V -III

Zn + 4OH⁰ ^- ZnO^+II ₂^2- + 2e^-+ 2H₂O

x1

x4

NO₃^- + 8e^- + 6H₂O + 4Zn + 16OH^- NH₃ + 9OH^- + 4ZnO₂^2- + 8e^- + 8H₂O

NO₃^- + 7OH^- + 4Zn NH₃+ 4ZnO₂^2- + 2H₂O ilość OH^-=7 (czyli 16OH^-- 9OH^-)

ilość H2O =2 ( czyli 8 H2O-6H2O)

Przykład 6 - Schemat postępowania przy ustaleniu współczynników dla reakcji przebiegającej w środowisku obojętnym dla następującej reakcji jonowej:

MnO₄^- + H₂O + Pb²⁺ MnO₂ + Pb⁴⁺ + OH^-

MnO₄^- MnO₂

+VII +IV

 ustalamy ilości pobranych elektronów

MnO₄^-+ 3e^- MnO₂

+VII +IV

MnO₄^-+ 3e^- MnO₂+ 4OH^-

+VII +IV

MnO₄^-+ 3e^-+ 2H₂O MnO₂+ 4OH^-

+VII +IV

Analogicznie postępujemy w przypadku równania procesu utleniania jonu Pb²⁺

Pb²⁺ Pb⁴⁺

+II +IV

(8)

8

Pb²⁺ Pb⁴⁺+ 2e^-

+II +IV

proces redukcji:

MnO₄^-+ 3e^-+ 2H₂O MnO₂+ 4OH^-

+VII +IV

proces utleniania:

Pb²⁺ Pb⁴⁺+ 2e^-

+II +IV

 uzgadniamy wspólny mianownik dla ilości elektronów pobranych i oddanych.

x3 x2 6 MnO₄^-+ 3e^-+ 2H₂O MnO₂+ 4OH^-

+VII +IV

Pb²⁺ Pb⁴⁺+ 2e^-

+II +IV

2MnO₄^- + 4H₂O + 3Pb²⁺ + 6e^- 2MnO₂ + 3Pb⁴⁺ + 8OH^-+ 6e^-

2MnO₄^- + 4H₂O + 3Pb²⁺ 2MnO₂ + 3Pb⁴⁺ + 8OH^-

Przykład 7

Schemat postępowania przy ustaleniu współczynników dla reakcji przebiegającej w środowisku kwasowym z uwzględnieniem jonu oksoniowego dla następującej reakcji jonowej:

Pb3O4 + Mn²⁺ + H3O⁺ MnO4-

+ Pb²⁺ + H2O

2*+II, +IV

Pb3O4 Pb²⁺

 ustalamy ilości pobranych elektronów, oraz ilość ołowiu

2*+II, +IV

Pb3O4 +2e^- 3Pb²⁺

(9)

9

 wyrównujemy ładunek przy użyciu jonów H3O⁺

2*+II, +IV

8H3O⁺+ Pb3O4 +2e^- 3Pb²⁺

2*+II, +IV

8H3O⁺+ Pb3O4 +2e^- 3Pb²⁺+ 12H2O

Analogicznie postępujemy w przypadku równania procesu utleniania Mn²⁺:

+VII

Mn²⁺ MnO4-

+VII

Mn²⁺ MnO4-

+ 5e

 wyrównujemy ładunek przy użyciu jonów H3O⁺

+VII

Mn²⁺ MnO4-

+ 5e^- + 8H3O⁺

+VII

12H2O+ Mn²⁺ MnO4-

+ 5e^- + 8H3O⁺

proces redukcji:

2*+II, +IV

8H3O⁺+ Pb3O4 +2e^- 3Pb²⁺+ 12 H2O

proces utleniania:

+VII

+ 5e^- + 8H3O⁺

uzgadniamy wspólny mianownik dla ilości elektronów pobranych i oddanych:

+VII

+ 5e^- + 8H3O⁺/x2

2*+II, +IV

8H3O⁺+ Pb3O4 +2e^- 3Pb²⁺+ 12H2O/x5

2Mn²⁺ + 5Pb3O4 + 24H2O + 40H3O⁺ 2MnO4-

+ 15Pb²⁺+ 19H3O⁺ + 60H2O

2Mn²⁺ + 5Pb3O4 + 24H3O⁺ 2MnO4-

+ 15Pb²⁺+ 36H2O ilość H3O⁺=(czyli 40H3O⁺- 19H3O⁺)

ilość H2O = ( czyli 60H2O - 24H2O)

(10)

10 Przykład 8

MnO₄^- + H⁺ + SO₃2- Mn²⁺ + SO₄^2- + H₂O

red MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- Mn²⁺ + 4H₂O

utl SO₃^2- + H₂O SO₄^2- + 2H⁺ + 2e^- 10

x5 x2

2MnO₄^- + 6H⁺ + 5SO₃^2- 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO₄^2-

+VII +II

+IV +VI

Przykład 9

MnO₄^- + OH^- + SO₃2- MnO₄^2- + SO₄^2- + H₂O

red MnO₄^- + 1e^- MnO₄^-

utl SO₃^2- + 2OH^- SO₄^2- + 2e^- + H₂O x1 x2

2MnO₄^- + 2OH^- + SO₃^2- 2MnO₄^2- + 5SO₄^2- + H₂O

+VII

+IV +VI 2

+VI

Przykład 10

MnO₄^- + H₂O + SO₃2- MnO₂ + SO₄^2- + OH^-

red MnO₄^- + 3e^-+ 2H₂O MnO₂ + 4OH^-

utl SO₃^2- + 2OH^- SO₄^2- + 2e^- + H₂O x3 x2

2MnO₄^- + H₂O + 3SO₃^2- 2MnO₂ + 3SO₄^2- + 2OH^-

+VII

+IV +VI 6

+IV

Przykład 11 - Bilansowanie równania reakcji z udziałem związków organicznych.

CH₃OH + Cr₂O₇^2- + H⁺ HCOOH + Cr³⁺ + H₂O

CH₃OH + H₂O HCOOH + 4H⁺ + 4e^-

-II +II

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^- 2Cr³⁺ + 7H₂O

+VI +III

3CH₃OH + 2Cr₂O₇^2- + 16H⁺ 3HCOOH + 4Cr³⁺ + 11H₂O

3echedukacja@gmail.com

facebook.com/3ech-edukacja-korepetycje-z-chemii www.3echedukacja.pl

603-900-693 697-548-490