Przejdź na stronę główną Interia.pl

Wybierz szkołę

Wybierz dział

Zaproszenie do wspólnej nauki

zaprasza Cię do wspólnej nauki fiszek

Połączenie głosowe
Upewnij się, że masz włączone głośniki i mikrofon
Odrzuć

Reakcje utleniania i redukcji

Uzgadnianie równań reakcji redoks

Znajomość reguł wyznaczania stopni utlenienia pierwiastków pozwala na dokonanie elektronowej interpretacji reakcji redoks, np.:

Zaczynamy od obliczenia stopni utlenienia pierwiastków. Pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy 0 (Mg i Fe). Pozostałe dwa związki są solami kwasu HCl, a więc stopień utlenienia w nich chloru jest taki sam jak w kwasie, tj. -I. (Wodór ma stopień utlenienia I, a zatem skoro suma ma być równa zero, chlor musi być na -I). Znając teraz stopień utlenienia chloru obliczamy stopień utlenienia żelaza w FeCl3. Obliczamy stopień utlenienia magnezu w MgCl2.

Analizując stopnie utlenienia substratów i produktów możemy stwierdzić, że w reakcji magnez podwyższył swój stopień utlenienia z 0 na II, czyli musiał oddać 2 elektrony. Żelazo obniżyło swój stopień utlenienia z III na 0, a więc przyjęło 3 elektrony. Zapisujemy to w postaci tzw. równań połówkowych, opisujących obydwie przemiany:

Uzgadnianie równań reakcji redoks.

Proces oddawania elektronów przez atomy nosi nazwę utleniania, zaś przyjmowania - redukcji. Pierwiastek ulegający utlenianiu (podwyższający swój stopień utlenienia) jest w reakcji reduktorem, a ulegający redukcji (obniżający stopień utlenienia) to utleniacz. Procesy utleniania i redukcji zachodzą równocześnie. Ponieważ w każdej reakcji redoks liczba elektronów oddanych przez atom jednego pierwiastka musi być równa liczbie elektronów przyjętych przez atom drugiego pierwiastka, musimy zrobić „bilans elektronowy”:

Liczba elektronów oddanych lub przyjętych, mnożnik, bilans elektronowy. Reduktor, utleniacz, utlenianie, redukcja.

Magnez oddaje w reakcji elektrony, a więc ulega utlenianiu - jest reduktorem (podwyższa stopień utlenienia z 0 na II). Żelazo przyjmując elektrony w reakcji redukcji obniża swój stopień utlenienia (z III na 0) - jest utleniaczem. Aby znaleźć współczynniki stechiometryczne reakcji, musimy zbilansować ilość elektronów. W pierwszej kolumnie na wysokości danego równania połówkowego wpisujemy liczbę oddanych (-2) i przyjętych (+3) elektronów. Ponieważ ich liczba musi być taka sama, szukamy wspólnej wielokrotności dla liczb 2 i 3, tj. 6. Liczbę oddanych elektronów mnożymy przez 3, a przyjętych przez 2. W ten sposób liczba oddanych i przyjętych elektronów została uzgodniona (jest taka sama). Liczby, przez które pomnożyliśmy ilość elektronów oddanych i przyjętych (mnożniki), służą do uzgodnienia całej reakcji redoks. Liczbę 3 znajdującą się na wysokości pierwszego równania połówkowego wpisujemy przed magnezem po lewej i prawej stronie równania reakcji. Liczbę 2 (mnożnik w drugim równaniu połówkowym) wstawiamy natomiast przed żelazem również po obu stronach równania:

Uzgadnianie równań reakcji redoks.

Na końcu sprawdzamy, czy liczby atomów poszczególnych pierwiastków po obu stronach równania są takie same; jeśli tak, to znaczy, że równanie zostało poprawnie uzgodnione:

Lewa, prawa strona równania: 3 atomy Mg, 2 atomy Fe, 6 atomów Cl.

Należy pamiętać, że reakcjami redoks są tylko te reakcje, w których zmieniły się stopnie utlenienia atomów biorących w nich udział.

Zadanie 1

Wskaż, które z podanych reakcji są reakcjami utleniania - redukcji:

a) MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O

b) 2KClO3 → 2KCl + 3O2

c) CO2 + C → 2CO

d) CaO + H2O → Ca(OH)2

Rozwiązanie:

Aby stwierdzić, czy zaszła reakcja redoks, musimy obliczyć stopnie utlenienia pierwiastków zgodnie z poznanymi regułami. Ponieważ żaden z nich nie zmienił swojego stopnia utlenienia, nie jest to reakcja redoks. Wyznaczamy stopnie utlenienia pierwiastków. Jak widać, chlor i tlen w wyniku reakcji zmieniły swoje stopnie utlenienia, a więc możemy stwierdzić, że jest to reakcja redoks. W tym równaniu reakcji tylko atom węgla zmienił stopień utlenienia; jeden atom węgla uległ utlenieniu (podwyższył stopień z 0 na II), drugi redukcji (obniżył stopień utlenienia z IV na II). Taką szczególną reakcję redoks nazywamy dysproporcjonowaniem lub dysmutacją (atomy tego samego pierwiastka są w reakcji równocześnie utleniaczem i reduktorem). Żaden z pierwiastków nie zmienił swojego stopnia utlenienia, a więc nie jest to reakcja utleniania-redukcji.

Zadanie 2

Wskaż w podanych równaniach reakcji utleniacz i reduktor:

a) 2Mg + O2 → 2MgO

b) CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O

c) 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

d) 2Fe + 3S → Fe2S3

Rozwiązanie:

Obliczamy stopnie utlenienia i szukamy pierwiastka, który w reakcji podwyższył swój stopień, a więc jest reduktorem (Mg; z 0 na II). Pierwiastek, który obniżył stopień utlenienia, jest utleniaczem (O2; z 0 na -II). Pierwiastkiem, którego stopień utlenienia ulega podwyższeniu (z 0 na II) jest wapń, a więc jest on w reakcji reduktorem (oddaje 2 elektrony). Utleniaczem jest wodór, którego stopień utlenienia obniża się w reakcji z I na 0. Obliczamy stopnie utlenienia pierwiastków, utleniaczem jest tlen, którego stopień utlenienia ulega obniżeniu z 0 na -II, reduktorem jest siarka, której stopień ulega podwyższeniu z -II na IV.W tej reakcji reduktorem jest żelazo, którego stopień utlenienia ulega podwyższeniu (z 0 na III), zaś utleniaczem siarka, której stopień uległ w wyniku reakcji obniżeniu (z 0 na -II).

Zadanie 3

W oparciu o bilans elektronowy dobierz współczynniki stechiometryczne w następujących równaniach redoks:

a) HClO3 + H2SO3 → H2SO4 + HCl

b) Sb2S3 + Fe → FeS + Sb

c) CuS + HNO3 → CuO + S + NO + H2O

d) SO2 + Br2 + H2O → HBr + H2SO4

Rozwiązanie:

Nad symbolami pierwiastków piszemy ich stopnie utlenienia, które obliczamy zgodnie z poznanymi wcześniej regułami. Układamy równania połówkowe dla tych atomów, których stopień utlenienia zmienił się w reakcji, tj. dla chloru i siarki. Chlor był na +V stopniu utlenienia przed reakcją, po reakcji jest na -I, a więc musiał przyjąć 6 elektronów (5, aby przejść z +V na 0 i jeszcze 1, aby uzyskać -I) w procesie redukcji - jest utleniaczem (obniżył stopień utlenienia). Siarka w czasie reakcji utleniania musiała oddać 2 elektrony, skoro zmieniła stopień utlenienia z +IV na +VI, a zatem w reakcji pełni rolę reduktora (podwyższa stopień utlenienia). Ponieważ oba procesy zachodzą równocześnie, to liczba oddanych elektronów przez atom chloru (6) musi być równa liczbie elektronów przyjętych przez atom siarki (2), a zatem musimy ją uzgodnić (zbilansować). W tym celu szukamy najmniejszej wspólnej wielokrotności liczb 6 i 2, tj. 6. A zatem 6 przyjętych elektronów mnożymy przez 1 (6 · 1 = 6), a 2 elektrony oddane mnożymy przez 3 (2 · 3 = 6). Cyfry te, tzw. mnożniki są równocześnie współczynnikami stechiometrycznymi, które wpisujemy do równania reakcji. Cyfra 3 dotyczy atomów siarki, a więc wpisujemy ją przed H2SO3 i H2SO4. Cyfrę 1 odnoszącą się do chloru pomijamy w równaniu. Na końcu należy sprawdzić poprawność wyznaczonych współczynników stechiometrycznych (w tym celu porównujemy liczby atomów po obu stronach równania). Lewa strona równania, prawa strona równania. Liczba wszystkich atomów przed i po reakcji jest taka sama, a zatem równanie zostało poprawnie uzgodnione.Obliczamy stopnie utlenienia, pamiętając, że pierwiastki w stanie wolnym mają zerowy stopień utlenienia. Stopień utlenienia siarki jest taki sam jak w kwasie H2S (-II). Piszemy równania połówkowe: antymon z +III stopnia przeszedł na 0, a więc musiał przyjąć 3 ładunki ujemne (elektrony), pełni zatem rolę utleniacza. Reduktorem jest natomiast żelazo, które zmieniło stopień utlenienia z 0 na +II w wyniku oddania 2 elektronów w procesie utleniania. Dla liczby oddanych (3) i przyjętych (2) elektronów szukamy najmniejszej wspólnej wielokrotności, tj. 6. Liczbę atomów antymonu w równaniu znajdujemy dzieląc 6 przez liczbę pobranych elektronów (6 : 3 = 2), a liczbę atomów żelaza dostaniemy po podzieleniu liczby 6 przez liczbę oddanych elektronów (6 : 2 = 3). Liczby te wpisujemy po obu stronach równania; 3 - przed Fe, a 2 przed Sb, ale tylko po stronie prawej (po stronie lewej równania już są 2 atomy Sb). Sprawdzenie: lewa strona równania, prawa strona równania... Równanie zostało poprawnie uzgodnione. Obliczamy stopnie utlenienia pierwiastków i zapisujemy równania połówkowe. Siarka w reakcji utleniania oddaje 2 elektrony przechodząc z -II stopnia utlenienia na 0, jest więc reduktorem. Azot przyjmuje 3 elektrony w reakcji redukcji, obniżając stopień utlenienia z +V na +III - pełni więc rolę utleniacza. Aby liczba elektronów oddanych była równa liczbie elektronów pobranych, musimy przed atomami siarki w równaniu wpisać cyfrę 3 (mnożnik z pierwszego równania połówkowego), a przed atomami azotu cyfrę 2 (mnożnik z drugiego równania połówkowego). Uzgadniając atomy siarki wpisaliśmy 3 przed CuS, zmieniając tym samym liczbę atomów miedzi po lewej stronie równania, dlatego trzeba również po stronie prawej wpisać 3 przed CuO. Wykonujemy sprawdzenie...Obliczamy stopnie utlenienia pierwiastków i na ich podstawie układamy równania połówkowe. Siarka w reakcji pełni rolę reduktora, oddając 2 elektrony podwyższa swój stopień utlenienia. Brom jako cząsteczka dwuatomowa przyjmuje w sumie 2 elektrony (po jednym każdy z atomów Br przechodząc z 0 na -I stopień utlenienia). Dlatego w równaniu połówkowym pisząc po lewej stronie równania Br2 musimy po prawej stronie wpisać 2, aby uzgodnić liczbę atomów bromu. Ponieważ liczba pobranych i oddanych elektronów jest taka sama, mnożnikiem i równocześnie współczynnikiem stechiometrycznym jest liczba 1 (liczby tej nie pisze się w równaniu). Należy zwrócić uwagę na ilość atomów bromu, które zostały już uzgodnione w drugim równaniu połówkowym i mimo współczynnika równego 1 musimy w równaniu reakcji po prawej stronie wpisać 2 przed HBr. Ponieważ prawa strona jest już uzgodniona, porównujemy ilość atomów wodoru (4) po prawej stronie z ich liczbą po lewej stronie (2). Ponieważ jest ona różna, musimy przed H2O wpisać 2, aby po stronie prawej też były 4 atomy wodoru. Na koniec sprawdzamy liczbę atomów poszczególnych pierwiastków po obu stronach równania. Lewa strona równania, prawa strona równania...

Zobacz podobne opracowania

  • Liceum
  • Chemia
  • Reakcje chemiczne
  • Liceum
  • Chemia
  • Reakcje chemiczne
  • Liceum
  • Chemia
  • Reakcje chemiczne

Ciekawostki (0)

Zabłyśnij i pokaż wszystkim, że znasz interesujący szczegół, ciekawy fakt dotyczący tego tematu.