REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI.pdf
(
83 KB
)
Pobierz
cmnfhh
REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI
Opracowanie: dr inż Krystyna Moskwa, dr Jadwiga Zawada
Reakcje redoks są to reakcje jednoczesnego utleniania i redukcji, w których pierwiastki
występujące w tych przemianach zmieniają swoją wartościowość, a dokładniej mówiąc stopień
utlenienia. Stopień utlenienia pierwiastka jest pojęciem umownym, które można zdefiniować
następująco:
Stopień utlenienia wskazuje, ile ładunków dodatnich lub ujemnych można przypisać atomowi
danego pierwiastka przy założeniu, że tworzy on z atomami drugiego pierwiastka tylko
wiązania jonowe.
Przy ustalaniu stopnia utlenienia stosuje się następujące reguły:
1. Stopień utlenienia pierwiastków w stanie wolnym równy jest zeru.
2. Stopień utlenienia wodoru w większości związków wynosi +I.
Wyjątkiem są wodorki metali I i II grupy układu okresowego, w których wodór przyjmuje stopień
utlenienia -I (np. NaH, CaH
2
)
3. Fluor we wszystkich związkach występuje na -I stopniu utlenienia.
4. Stopień utlenienia tlenu, w większości związków wynosi -II. Wyjątkiem są nadtlenki, w których
stopień utlenienia wynosi -I np. H
2
O
2
, Na
2
O
2
, BaO
2
) oraz fluorek tlenu OF
2
, w którym tlen jest na +II
stopniu utlenienia.
5. Sumaryczny ładunek wszystkich atomów w związku chemicznym równy jest zeru, a w przypadku
jonów równy jest ładunkowi jonu.
W oparciu o powyższe reguły łatwo można ustalić stopnie utlenienia węgla w związkach: CO,
CO
2
, CH
4
, CCl
4
, H
2
CO
3
, CH
3
OH. Wynoszą one odpowiednio: +II, +IV, -IV, +IV, +IV, -II
W reakcjach redoks następuje, jak już powiedziano, zmiana stopnia utlenienia pierwiastków.
Rozpatrzmy reakcję:
Fe +
1
/
2
O
2
= FeO
Jest to prosta reakcja utlenienia. W jej trakcie atom żelaza zmienił stopień utlenienia z 0 na +II, a atom
tlenu z 0 na -II. Analogiczne zmiany obserwuje się podczas reakcji żelaza z siarką
Fe + S = FeS
Proces wzrostu stopnia utlenienia żelaza jaki obserwujemy w obydwóch przypadkach jest identyczny.
Nadano mu nazwę utleniania. Utlenianiem, w ogólnym sensie, będziemy nazywali proces wzrostu
stopnia utlenienia pierwiastka. Towarzyszy mu zawsze oddawanie elektronów:
Fe - 2e = Fe
+II
Równocześnie drugi pierwiastek łącząc się z żelazem obniżył swój stopień utlenienia. Uległ redukcji
pobierając elektrony:
S + 2e = S
-II
Substancja ulegająca redukcji nosi nazwę utleniacza, a reduktorem jest substancja, która się utlenia.
Zapis procesów utleniania i redukcji pozwala na przeprowadzenie bilansu elektronowego i łatwe
uzgodnienie reakcji redoks.
Przykład 1.
Uzgodnić reakcję redoks:
C+ H
2
SO
4
= CO
2
+ SO
2
+ H
2
O
Aby uzgodnić tę reakcję należy stwierdzić, które pierwiastki biorą udział w procesie utleniania i
redukcji oraz jakim zmianom ulegają. Węgiel występujący po lewej stronie reakcji jest w stanie
wolnym, więc przyjmujemy jego stopien utlenienia za 0. Po prawej stronie reakcji występuje w postaci
dwutlenku węgla, w którym utlenienia wynosi +IV. Siarka w kwasie siarkowym występuje na +VI
stopniu utlenienia, a po prawej stronie reakcji na +IV. Powyższe zmiany stopni utlenienia pierwiastków
można zapisać:
C
0
®
C
+IV
S
+VI
®
S
+IV
Konsekwencją powyższego zapisu są równania elektronowe pokazujące liczbę elektronów biorących
udział w procesach utleniania i redukcji:
C
0
- 4e
®
C
+IV
utlenianie
S
+VI
+ 2e
®
S
+IV
redukcja
Aby uzgodnić zapis reakcji należy przeprowadzić bilans elektronowy polegający na zrównaniu
ilości elektronów w obydwóch procesach. Osiąga się to ustalając najmniejszą wspólną wielokrotność
dla liczby elektronów i mnożąc równanie porzez odpowiednie współczynniki. Dla omawianego
przykładu równanie redukcji należy pomnożyć przez 2.
C
0
- 4e
®
C
+IV
2S
+VI
+ 4e
®
2S
+IV
Powyższy zapis wprowadzamy do uzgadnianego równania
C + 2H
2
SO
4
= CO
2
+ 2SO
2
+ H
2
O
Resztę współczynników uzgadniamy bilansując liczbę pozostałych atomów. Ostatecznie równanie
przyjmuje postać:
C + 2H
2
SO
4
= CO
2
+ 2SO
2
+ 2H
2
O
Przykład 2.
Uzgodnić równanie:
KMnO
4
+ FeSO
4
+ H
2
SO
4
= K
2
SO
4
+ MnSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
+ H
2
O
Po sprawdzeniu stopni utlenienia pierwiastków występujących w reakcji ustalamy, że
zachodzą następujące procesy:
Mn
+VII
+ 5e
®
Mn
+II
Fe
+II
- 1e
®
Fe
+III
Przeprowadzenie bilansu elektronów wymaga pomnożenia drugiego procesu przez 5. Prowadzi to do
trudności związanych z ułamkowymi współczymnnikami stechiometrycznymi w określeniu liczby moli
niektórych związków np. Fe
2
(SO
4
)
3
. Można tego uniknąć zwielokrotniając mnożniki, to znaczy w tym
przypadku mnożąc równanie pierwsze przez 2, a drugie przez 10. Ustala to bilans elektronowy na
poziomie 10 elektronów.
2Mn
+VII
+ 10e
®
2Mn
+II
10Fe
+II
- 10e
®
10Fe
+III
Ustalone współczynniki wprowadzamy do równania i dobieramy pozostałe współczynniki związków nie
biorących udziału w procesie redoks. Końcowy zapis równania przedstawia się następująco:
2KMnO
4
+ 10FeSO
4
+ 8H
2
SO
4
= K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ 8H
2
O
Przykład 3.
Uzgodnić reakcję redoks:
HNO
3
+ Cu = Cu(NO
3
)
2
+ NO + H
2
O
Przy uzgadnianiu tej reakcji warto zwrócić uwagę na podwójną rolę kwasu azotowego(V),
występującego jako utleniacz miedzi oraz jako reagent tworzący sól z jonami miedzi. Po uzgodnieniu
procesów utleniania i redukcji
N
V
+ 3e
®
N
II
/
×
2
Cu
0
- 2e
®
Cu
II
/
×
3
mamy prawo zapisać pierwszy etap reakcji
2HNO
3
+ 3Cu = 3CuO + 2NO + H
2
O
Drugi etap polega na reakcji dodatkowych porcji kwasu azotowego z wytworzonym tlenkiem miedzi(II)
6HNO
3
+ 3CuO = 3Cu(NO
3
)
2
+ 3H
2
O
Sumaryczny przebieg reakcji podaje równanie:
8HNO
3
+ 3Cu = 3Cu(NO
3
)
2
+ 2NO + 3H
2
O
Przykład 4.
Uzgodnić reakcję redoks:
FeS
2
+ O
2
= Fe
2
O
3
+ SO
2
W tej reakcji trzy pierwiastki zmieniają stopnie utlenienia. Piryt FeS
2
jest dwusiarczkiem
żelaza, w którym żelazo jest na +II stopniu utlenienia, a siarka na -I. W trakcie reakcji utlenia się cały
związek, to znaczy zarówno żelazo jak i siarka. Dlatego musimy rozpatrywać utlenianie tych dwóch
pierwiastków w takim stosunku stechiometrycznym, w jakim występują w związku macierzystym.
A więc, utleniać się będzie cząsteczka składająca się z jednego atomu żelaza i dwóch atomów siarki
Fe
II
- 1e
®
Fe
III
2S
-I
- 10e
®
2S
IV
Na utlenienie 1 cząsteczki FeS
2
potrzeba 11 elektronów, które dostarczy tlen:
O
2
+ 4e
®
2O
-II
Przeprowadzamy bilans elektronowy i znajdujemy współczynniki równania:
Fe
II
- 1e
®
Fe
III
/
×
4
2S
×
4
O
2
+ 4e
®
2O
-II
/
×
11
®
2S
IV
/
co daje
4FeS
2
+ 11O
2
= 2Fe
2
O
3
+ 8SO
2
PYTANIA KONTROLNE
1. Podać nazwy związków oraz określić stopnie utlenienia poszczególnych pierwiastków:
a)
KMnO
4
; NH
4
OH; H
3
PO
4
; Na
2
ZnO
2
; Fe
2
S
3
b)
K
2
Cr
2
O
7
; K
2
CrO
4
; Fe(HS)
2
; (CuOH)
2
CO
3
; NaAlO
2
c)
Ca(H
2
PO
4
)
2
; KCN; H
2
O
2
; BaO
2
; Mg(HCO
3
)
2
2. Dobrać współczynniki do reakcji redoks. Wskazać utleniacz i reduktor.
a)
HClO
4
+ H
2
SO
3
= HCl + H
2
SO
4
b)
FeSO
4
+ HNO
3
+ H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ NO + H
2
O
c)
Fe + H
2
SO
4
= Fe
2
O
3
+ SO
2
+ H
2
O
d)
I
2
+ Cl
2
+ H
2
O = HIO
3
+ HCl
e)
H
2
S + H
2
SO
4
= S + H
2
O
f)
PbO
2
+ HCl = PbCl
2
+ Cl
2
+ H
2
O
g)
H
2
S + HNO
3
= H
2
SO
4
+ NO + H
2
O
h)
MnCO
3
+ KClO
3
= MnO
2
+ KCl + CO
2
i)
K
2
Cr
2
O
7
+ H
2
SO
4
+H
2
S = Cr
2
(SO
4
)
3
+ H
2
O + S + K
2
SO
4
3. Zapisać równania i uzgodnić następujące reakcje:
a) fosfor + kwas azotowy(V) + woda = kwas ortofosforowy(V) + tlenek azotu(II)
b) dwuchromian(VI) potasu + jodek potasu + kwas siarkowy(VI) = siarczan(VI) potasu +
siarczan(VI) chromu(III) + jod + woda
c)
siarczek miedzi(II) + kwas azotowy(V) = azotan(V) miedzi(II) + kwas siarkowy(VI) + tlenek
azotu(IV) + woda
d) manganian(VII) potasu + kwas azotowy(III) + kwas siarkowy(VI) = siarczan(VI) manganu(II) +
kwas azotowy(V) + siarczan(VI) potasu + woda
e) siarczek ołowiu(II) + kwas azotowy(V) = siarka + azotan(V) ołowiu(II) + tlenek azotu(II) + woda
-I
- 10e
Plik z chomika:
emka1
Inne pliki z tego folderu:
zadania-roztwory.pdf
(54 KB)
ChemSketch 10.0.exe
(27044 KB)
Matura2009.iso
(311666 KB)
EG2009.iso
(171194 KB)
Testy maturalne 2009 [32 testy z 8 przedmiotĂłw].iso
(149734 KB)
Inne foldery tego chomika:
Animacje na komórkę
Auto Świat
Dla dzieci małych i dużych dzieci
EncyklopedieAtlasySłowniki
Filmy
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin