Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Reakcje utleniania i redukcji: wyjaśnienie z przykładami, Ćwiczenia z Chimica

Opracowanie z zakresu tematu

Typologia: Ćwiczenia

2019/2020

Załadowany 29.09.2020

spartacus_80
spartacus_80 🇵🇱

4.5

(55)

238 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Reakcje utleniania i redukcji: wyjaśnienie z przykładami i więcej Ćwiczenia w PDF z Chimica tylko na Docsity! 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, CaH2) 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. H2O2, Na2O2, BaO2) oraz fluorek tlenu OF2, 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, CO2, CH4, CCl4, H2CO3, CH3OH. Wynoszą one odpowiednio: +II, +IV, -IV, +IV, +IV, -II W reakcjach redoks następuje, jak już powiedziano, zmiana stopnia utlenienia pierwiastków. Rozpatrzmy reakcję: Fe + 1/2O2 = 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+ H2SO4 = CO2 + SO2 + H2O 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: C0 → C+IV S+VI → S+IV Konsekwencją powyższego zapisu są równania elektronowe pokazujące liczbę elektronów biorących udział w procesach utleniania i redukcji: C0 - 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. C0 - 4e → C+IV 2S+VI + 4e → 2S+IV Powyższy zapis wprowadzamy do uzgadnianego równania C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + H2O Resztę współczynników uzgadniamy bilansując liczbę pozostałych atomów. Ostatecznie równanie przyjmuje postać: C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O Przykład 2. Uzgodnić równanie: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O 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. Fe2(SO4)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: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O Przykład 3. Uzgodnić reakcję redoks: HNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + NO + H2O 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 NV + 3e → NII /⋅2 Cu0 - 2e → CuII /⋅3 mamy prawo zapisać pierwszy etap reakcji 2HNO3 + 3Cu = 3CuO + 2NO + H2O Drugi etap polega na reakcji dodatkowych porcji kwasu azotowego z wytworzonym tlenkiem miedzi(II) 6HNO3 + 3CuO = 3Cu(NO3)2 + 3H2O Sumaryczny przebieg reakcji podaje równanie: 8HNO3 + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 3H2O Przykład 4. Uzgodnić reakcję redoks: FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2 W tej reakcji trzy pierwiastki zmieniają stopnie utlenienia. Piryt FeS2 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 FeII - 1e → FeIII 2S-I - 10e → 2SIV Na utlenienie 1 cząsteczki FeS2 potrzeba 11 elektronów, które dostarczy tlen: O2 + 4e → 2O-II