Rozwiąż reakcje redoks, wskaż utleniacz i reduktor:

a) KMnO4+H2SO4+H2O2=MnSO4+K2SO4+O2+H2O

b) FeSO4+HNO3+H2SO4=Fe2(SO4)3+NO+H2O


Odpowiedź :

Odpowiedź:

a) [tex]2KMnO_{4} + 3H_{2} SO_{4} + 5H_{2} O_{2} = 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 5O_{2} +8 H_{2}O[/tex]

Utleniacz: [tex]KMnO_{4}[/tex]

Reduktor: [tex]H_{2}O_{2}[/tex]

b) [tex]6FeSO_{4} + 2HNO_{3} + 3H_{2}SO_{4} = 3Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 2NO + 4H_{2}O[/tex]

Utleniacz: [tex]HNO_{3}[/tex]

Reduktor: [tex]FeSO_{4}[/tex]

Wyjaśnienie:

Rozwiązanie reakcji redoks polega na dobraniu współczynników stechiometrycznych. Można to wykonać na dwa sposoby bilans klasyczny (uproszczony) lub bilans jonowo - elektronowy. Przedstawię rozwiązanie za pomocą bilansu klasycznego.

a) Etapy wykonania bilansu klasycznego (uproszczonego):

1. Należy ustalić stopnie utlenienia pierwiastków i znaleźć te, dla których nastąpiła zmiana stopnia utlenienia.

I   VII  -II      I  VI -II     I   -I       II   VI -II     I  VI -II     0       I  -II

[tex]KMnO_{4} + H_{2} SO_{4} + H_{2} O_{2} = MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + O_{2} + H_{2}O[/tex]

Na każdym pierwiastkiem został zapisany jego stopień utlenienia.

Przy ustalaniu stopni utlenienia należy pamiętać o następujących regułach:

- stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym wynosi zero (dlatego w powyższym przykładzie tlen w postaci cząsteczkowej ma stopień utlenienia równy zero);

- pierwiastki z 1 grupy układu okresowego w związkach mają stopień utlenienia równy I, a z grupy 2 - II;

- tlen ma stopień utlenienia -II (z kilkoma wyjątkami np. w przypadku nadtlenków, w których ma -I);

- wodór ma stopień utlenienia I (z wyjątkiem wodorków, w których ma -I);

- suma stopni utlenienia pierwiastków, które wchodzą w skład związku chemicznego wynosi zero;

Pierwiastki, które zmieniły stopień utlenienia w powyższym równaniu to:

- mangan (Mn), zmienił stopień utlenienia z VII na II (obniżenie stopnia utlenienia, a więc jest to reakcja redukcji);

- tlen (O), zmienił stopień utlenienia z -I na 0 (podwyższenie stopnia utlenienia, a więc jest to reakcja utleniania).

2. Następnie należy określić liczbę elektronów oddanych lub przyjętych przez mangan i tlen (czyli atomy pierwiastków, które zmieniły stopień utlenienia).

[tex]Mn^{VII} + 5e^{-} = Mn^{II}\\2O^{-I} = 2O^{0}+2e^{-}[/tex]

W przypadku manganu doszło do reakcji redukcji, a więc nastąpiło przyjęcie elektronów); natomiast w przypadku tlenu doszło do reakcji utlenienia, a więc nastąpiło oddanie elektronów.

3. W kolejnym etapie należy wymnożyć oba równania tak aby liczba elektronów przyjętych i oddanych była jednakowa.

[tex]Mn^{VII} + 5e^{-} = Mn^{II} /*2\\ 2O^{-I} = 2O^{0}+2e^{-}/*5[/tex]

Po wymnożeniu:

[tex]2Mn^{VII} + 10e^{-} = 2Mn^{II} \\ 10O^{-I} = 10O^{0}+10e^{-}[/tex]

4. Następnie na podstawie uzyskanych cyfr wpisujemy współczynniki stechiometryczne w równaniu reakcji przy odpowiednich substancjach (np. 2 Mn oznacza 2 atomy manganu w konkretnym związku).

[tex]2KMnO_{4} + H_{2} SO_{4} + 5H_{2} O_{2} = 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 5O_{2} + H_{2}O[/tex]

5. Współczynniki stechiometryczne pozostałych substancji należy dobrać, tak aby liczba tych samych atomów po obu stronach równania była jednakowa.

Substancjami tymi są: [tex]H_{2}SO_{4}, K_{2}SO_{4}, H_{2}O[/tex]

[tex]2KMnO_{4} + 3H_{2} SO_{4} + 5H_{2} O_{2} = 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 5O_{2} +8 H_{2}O[/tex]

Ustalenie utleniacza i reduktora w tym równaniu:

Utleniacz to substancja, która uległa redukcji, a więc w tym wypadku jest to [tex]KMnO_{4}[/tex].

Reduktor to substancja, która uległa utlenieniu, a więc w tym przypadku jest to [tex]H_{2}O_{2}[/tex].

b) drugie równanie należy wykonać analogicznie do pierwszego (bilans klasyczny).

Etapy rozwiązania są identyczne.

1. Należy ustalić stopnie utlenienia pierwiastków i znaleźć te, dla których nastąpiła zmiana stopnia utlenienia.

II  VI -II     I  V -II      I  VI -II      III   VI -II        II -II    I   -II  

[tex]FeSO_{4} + HNO_{3} + H_{2}SO_{4} = Fe_{2}(SO_{4})_{3} + NO + H_{2}O[/tex]

Na każdym pierwiastkiem został zapisany jego stopień utlenienia.

Pierwiastki, które zmieniły stopień utlenienia w powyższym równaniu to:

- azot (N), zmienił stopień utlenienia z V na II (obniżenie stopnia utlenienia, a więc jest to reakcja redukcji);

- żelazo (Fe), zmieniło stopień utlenienia z II na III (podwyższenie stopnia utlenienia, a więc jest to reakcja utleniania).

2. Następnie należy określić liczbę elektronów oddanych lub przyjętych przez mangan i tlen (czyli atomy pierwiastków, które zmieniły stopień utlenienia).

[tex]2Fe^{II}=2Fe^{III}+2e^{-}\\ N^{V}+3e^{-}=N^{II}[/tex]

2 Fe, ponieważ z prawej strony równania mamy dwa atomy żelaza, a jeśli z prawej wpiszemy 2Fe to z lewej też musi być 2Fe (liczba atomów z obu stron musi być jednakowa).

W przypadku azotu doszło do reakcji redukcji, a więc nastąpiło przyjęcie elektronów); natomiast w przypadku żelaza doszło do reakcji utlenienia, a więc nastąpiło oddanie elektronów.

3. W kolejnym etapie należy wymnożyć oba równania tak aby liczba elektronów przyjętych i oddanych była jednakowa.

[tex]2Fe^{II}=2Fe^{III}+2e^{-}/*3\\N^{V}+3e^{-}=N^{II}/*2[/tex]

Po wymożeniu:

[tex]6Fe^{II}=6Fe^{III}+6e^{-}\\ 2N^{V}+6e^{-}=2N^{II}[/tex]

4. Następnie na podstawie uzyskanych cyfr wpisujemy współczynniki stechiometryczne w równaniu reakcji przy odpowiednich substancjach (np. 6 Fe oznacza 6 atomów żelaza w konkretnym związku).

[tex]6FeSO_{4} + 2HNO_{3} + H_{2}SO_{4} = 3Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 2NO + H_{2}O[/tex]

5. Współczynniki stechiometryczne pozostałych substancji należy dobrać, tak aby liczba tych samych atomów po obu stronach równania była jednakowa.

Tymi substancjami są:

[tex]H_{2}SO_{4},H_2O[/tex]

[tex]6FeSO_{4} + 2HNO_{3} + 3H_{2}SO_{4} = 3Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 2NO + 4H_{2}O[/tex]

Ustalenie utleniacza i reduktora w tym równaniu:

Utleniacz to substancja, która uległa redukcji, a więc w tym wypadku jest to [tex]HNO_{3}[/tex].

Reduktor to substancja, która uległa utlenieniu, a więc w tym przypadku jest to [tex]FeSO_{4}[/tex].