Powtórzenie - redoks, Nauka, Powtórki chemia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Materiał powtórzeniowy - reakcje utlenienia i redukcji (redox - redoks )
z przykładowymi zadaniami
I. Stopień utlenienia i reguły ustalania stopni utlenienia
1. Stopień utlenienia
Stopień utlenienia pierwiastka należy rozumieć liczbę ładunków elementarnych,
które związane byłyby z danym atomem(i), gdyby heterocząstczka, w której w
skład wchodzi atom(y) jest związkiem jonowym (zbudowana jest z kationów i
anionów).
Stopnie utlenienia zapisuje się cyframi rzymskimi nad symbolem pierwiastka w
cząsteczce, stopnienie utlenienia w odróżnieniu od wartościowości mogą być
dodatnie (I, II, III) lub ujemne (-I, -II, -III).
2. Reguły ustalania stopni utlenienia
Pierwiastki w stanie wolnym
(nie związane z atomem(i) innego pierwiastka mają
stopień utlenienia równy
zero (0)
:
0 0 0 0 0
Cu; S
8
; O
2
; O
3
; C
60
Litowce
w związkach chemicznych mają
zawsze
stopień utlenienia równy (
+I
),
natomiast
berylowce
(
+II
) a
glinowce
z
wyjątkiem talu
(
+III
).
I I I I II II III III
K
OH;
K
2
O
2
;
Na
2
O
2
;
Li
H;
Ca
O;
Be
(OH)
2
;
Al
Cl
3
;
Ga
2
O
3
;
Wodór
w cząsteczkach związków chemicznych posiada stopień utlenienia
równy (
+I
),
związkach organicznych
zawsze
(
+I
)
I I I I I I I I I
H
2
O;
H
Cl;
H
CN; Fe(O
H
)
3
;
H
NO
3
; K[Al(O
H
)
4
]; N
H
3
; C
2
H
5
- O
H
Wyjątek dla wodoru
:
w wodorkach metali
wodór
posiada zawsze stopień utlenienia równy (
- I
)
-I -I -I
Na
H
; Ca
H
2
; Al
H
3
Tlen
w cząsteczkach związków chemicznych posiada stopień utlenienia
równy (
-II
)
-II -II -II -II -II -II -II
H
2
O
; Fe(
O
H)
3
; CH
3
-
O
H; Cu
2
O
; C
O
; H - CH
O
; CH
3
- C
O
- CH
3
Wyjątki dla tlenu
:
W nadtlenkach
tlen
posiada stopień utlenienia równy (
- I
)
-I -I -I
H
2
O
2
; Ba
O
2
; Na
2
O
2
W ponadnadtlenkach
tlen
posiada stopień utlenienia równy (
-1/2
)
-1/2
K
O
2
Z wiązkach z fluorem
tlen
może przyjąć stopień utlenienia (
+I
) lub (
+II
)
II I
O
F
2
;
O
2
F
2
Fluor
w cząsteczkach związków chemicznych przyjmuje
zawsze
stopień
utlenienia równy (
- I
)
-I -I -I -I -I
Na
F
; Al
F
3
; O
2
F
2
; O
F
2
; H
F
Suma stopni utlenienia
wszystkich atomów w cząsteczce związku chemicznego
jest równa zawsze zero (
0
)
x -II I x -II I x -II x -II x -I I x -II I x -II
Fe
(OH)
2
;
Fe
(OH)
3
;
Fe
O;
Fe
2
O
3
;
Fe
F
3
;
Na
2
SiO
3
; K
2
Cr
2
O
7
Fe
(OH)
2
: x + 2· ( -II + I) = 0,
x
= 2(
II
)
Fe
(OH)
3
: x + 3· ( -II + I) = 0,
x
= 3(
III
)
Fe
O: x +(-II) = 0, x = 2(
II
)
F
2
O
3
: 2x + 3· (-II) = 0, 2x = 6,
x
= 3(
III
);
Fe
F
3
: x + 3· (-I) = 0,
x
= 3(
III
)
Na
2
Si
O
3
:
2(I) + x + 3· (-II) = 0,
x
= -2 + 6 = 4(
IV
)
K
2
Cr
2
O
7
: 2· (I) + 2x + 7· (-II) = 0, 2x = -2 + 14,
x
= 6(
VI
)
Stopień utlenienia jonu prostego
jest równy
ładunkowi tego jonu
I -I -II I +II
H
+
; H
-
; O
2-
; Cu
+
; Cu
2+
Suma stopni utlenienia
wszystkich atomów w
jonie złożonym
jest równa
ładunkowi tego jonu
x -II I I x -II x -II x -II I
Fe(
OH)
2
+
; H
3
P
2
O
7
-
;
P
O
4
3-
; [
Zn
(OH)
4
]
2-
Fe
(OH)
2
+
: x + 2· (-II + I) =
1
,
x
= 3(
III
)
H
3
P
2
O
7
-
: 3·(I) +2x + 7· (-II) =
-1
, 2x = 10,
x
= 5(
V
)
P
O
4
3-
: x + 3· (-II) =
-3
,
x
= 5(
V
)
[
Zn
(OH)
4
]
2-
: x + 4· (-II + I) =
-2
,
x
= 2(
II
)
Dla każdego z atomów węgla
w cząsteczkach
związków organicznych
ustala się
odrębnie stopień utlenienia
, przyjmując grupę atomów połączonych z
określonym atomem węgla jako odrębną cząsteczkę
-III -I 0 -II III -III II -II -III -III I
CH
3
- CH - CH - CH
2
- COOH ; CH
3
- CO - CH
2
- CH
3
; CH
3
- CHO
|
-III
|
CH
3
OH
Przykładowe zadania
Zad.1. Dla następujących drobin: a) Mn, b) MnO; c) MnO
2
; d) K
2
MnO
4
; e) KMnO
4
;
f) S
8
; g) H
2
S; h) SO
2
; i) SO
3
; j) H
2
SO
3
; k) H
2
SO
4
; l) CaSO
4
; ł) K
2
SO
4
; m) H
2
S
2
O
7
;
n) Na
2
S; o) HSO
4
-
; p) SO
4
2-
; r) HS
-
; s) S
2-
; t) Al
2
(SO
4
)
3
ustal (oblicz stopnie
utlenienia)
Rozwiązanie:
stosujemy w/w reguły:
0 II -II
IV
-II I
VI
-II I
VII
-II
a) Mn; b) MnO; c) MnO
2
; d) K
2
MnO
4
;
e) KMnO
4
;
0 I -II
IV
-II
VI
-II I
IV
-II
f) S
8
;
g) H
2
S;
h) SO
2
;
i) SO
3
;
j) H
2
SO
3
;
0
VI
-II II
VI
-II I
VI
-II I
VI
-II I
-II
k) H
2
SO
4
; l) CaSO
4
;
ł) K
2
SO
4
; m) H
2
S
2
O
7
; n) Na
2
S;
I
VI
-II
VI
-II I
-II
-
-II III
VI
-II
o) HSO
4
-
, p) SO
4
2-
; r) HS
-
; s) S
2-
; t) Al
2
(SO
4
)
3
Uwaga; kolorem czerwonym
podano stopnie utlenienia wynikające z reguł,
natomiast
kolorem niebieskim
stopnie utlenienia obliczone
.
Zad.2. Mangan z związkach z tlenem może przyjąć następujące stopnie utlenienia II,
III, IV, VII, natomiast azot I, II, III, IV, V zapisz wzory sumaryczne
tlenków manganu i tlenków azotu oraz utwórz dla nich nazwy systematyczne:
Rozwiązanie: (stos. regułę - suma stopni utlenienia musi być równa zero);
II -II III -II IV -II
MnO - tlenek manganu(
II
); Mn
2
O
3
- tl. manganu(
III
); MnO
2
- tl. manganu(
IV
);
VII -II
Mn
2
O
7
- tl. manganu(
VII
);
I -II II -II III -II IV -II
N
2
O - tl. azotu(I); NO - tl. azotu(II); N
2
O
3
- tl. azotu(III); NO
2
- tlenek azotu(IV);
V -II
N
2
O
5
- tl. azotu(V)
II. Reakcje utlenienia i redukcji
Utlenienie jest zawsze związane z podwyższeniem stopnia utlenienia
Redukcja jest zawsze związana z obniżeniem stopnia utlenienia
Procesy utlenienia i redukcji przebiegają równocześnie, a jest to związane z
przekazywaniem elektronów.
Pierwiastek podwyższający swój stopień utlenienia (ulegając utlenieniu) oddaje
elektrony - elektronodawca powodując obniżenie stopnia utlenienia innego
pierwiastka - czyli jest reduktorem,
Pierwiastek obniżający swój stopień utlenienia (ulegając redukcji) pobiera
elektrony - elektronobiorca powodując podwyższenie stopnia utlenienia innego
pierwiastka - czyli jest utleniaczem,
Ilość elektronów oddanych przez reduktor i pobranych przez utleniacz musi być
identyczna
reduktor
utlenienie
0
0 II -I
Zn
+ I
2
ZnI
2
redukcja
utleniacz
atom cynku
oddając 2 elektrony
podniósł swój
stopień utlenienia
z 0 do II,
jednocześnie powodując
obniżenie stopnia utleniania jodu z 0 do -I, czyli jest
0 II
reduktorem
: Zn
Zn
2+
+ 2e
-
2 atomy jodu
pobierając po 1 elektronie
obniżyły swoje stopnie utlenienia
z 0 do -I powodując jednocześnie podwyższenie stopnia utlenienia cynku, czyli
0 -I
jest
utleniaczem
: 2I + 2e
-
2I
-
utleniacz
redukcja
I V -II 0 II V -II 0
2AgNO
3
+ Cu
Cu(NO
3
)
2
+ 2Ag
utlenienie
reduktor
0 II
Utlenienie
: Cu
Cu + 2e
-
(
miedź jest reduktorem
- elektronodawcą)
I 0
Redukcja
: 2Ag + 2e
-
2Ag (
srebro
w azotanie(V)
jest utleniaczem
-
elektronobiorca)
Przykładowe zadania
:
Zad. 3. Które z poniższych równań reakcji jest równaniem redox, wskazanie uzasadnij,
w reakcji redox wskaż proces utleniania i redukcji, utleniacz i reduktor.
Rozwiązanie: - dla stwierdzenie, które z poniższych równań reakcji jest równaniem
reakcji redox należy ustalić - porównać stopnie utlenienia po obu stronach równania.
II IV -II II -II IV -II
a) CaCO
3
CaO + CO
2
; nie jest to równanie redox, ponieważ żaden z pierwiastków
nie zmienił swojego stopnia utlenienia.
utleniacz
redukcja
II IV -II 0 0 III IV -II
b) 3CaCO
3
+ 2Al
3Ca + Al
2
(CO
3
)
3
utlenienie
reduktor
Jest to reakcja redox, ponieważ wapń uległ redukcji z II do 0, natomiast glin
uległ utlenieniu podwyższając swój stopień utlenienia z 0 do III.
reduktor
utlenienie
0 I V -II II V -II 0
c) 3Ca + 2H
3
PO
4
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 3H
2
redukcja
utleniacz
Jest to reakcja redox, ponieważ wapń uległ utlenieniu z 0 do II, natomiast wodór
uległ redukcji obniżając swój stopień utlenienia z I do 0.
II -II I V -II II V -II I -II
d) 3CaO + 2H
3
PO
4
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 3H
2
O ; nie jest to reakcja redox, ponieważ żaden z
pierwiastków nie zmienił swojego stopnia utlenienia.
Zad 4. Zapisz równania utlenienia i redukcji dla poniższych reakcji redox, wskaż
utleniacz i reduktor:
a) Fe
2
O
3
+ 3CO
3CO
2
+ 2Fe
b) 2CuO + C
CO
2
+ 2Cu
Rozwiązanie:
III -II II -II IV -II 0
a) Fe
2
O
3
+ 3CO
3CO
2
+ 2Fe
II IV
Rekcja utlenienia: 3C
3C + 6e
-
(reduktorem jest CO)
III 0
Reakcja redukcji: 2Fe + 6e
-
2Fe (utleniaczem jest Fe
2
O
3
)
II -II 0 IV -II 0
b) 2CuO + C
CO
2
+ 2Cu
II 0
Reakcja redukcji: 2Cu + 4e
-
2Cu (utleniaczem jest CuO)
0 IV
Reakcja utlenienia: C
C + 4e
-
(reduktorem jest C)
III. Utleniacze i reduktory
1. Utleniacze
Utleniaczem
może być pierwiastek w stanie wolnym lub w związku chemicznym,
w którym
nie występuje na swoim najniższym stopniu utlenienia
- może swój
stopień utlenienia jeszcze obniżyć
-III I 0 I III -II I V -II
Przykład: NH
3
; N
2
; HNO
2
; HNO
3
Najniższy stopień utlenienia dla azotu
-III
, najwyższy
V
, czyli azot w
cząsteczce NH
3
nie może być utleniaczem, ponieważ nie może już obniżyć
swojego stopnia utlenienia (nie może przyjąć elektronów) natomiast
dobrym utleniaczem jest HNO
3
, ponieważ azot występuje na swoim
najwyższym stopniu utlenienia
V
i może obniżyć swój stopień utlenienia aż
do
-III
, czyli może przyjąć 8 elektronów,
0 I V -II -III I V -II II V -II I -II
4Zn + 10H
N
O
3
N
H
4
NO
3
+ 4Zn(NO
3
)
2
+ 3H
2
O
0 II
Utl.: 4Zn
4Zn + 8e-
V -III
Red.: N + 8e-
N
[ Pobierz całość w formacie PDF ]