Temat 6. Reakcje chemiczne, stechiometryczny zapis przemian chemicznych, stopnie utlenienia - reguły określania stopni utlenienia. Metody doboru współczynników
w reakcjach utleniania i redukcji.

Temat 7. Reakcje redoks. Dobór współczynników w reakcjach zapisanych jonowo
i cząsteczkowo

Rozwiązania zadań - temat 6 i 7

1. Określić formalne stopnie utlenienia poszczególnych pierwiastków w następujących indywiduach chemicznych:

ClO₄^- - Cl⁷⁺, O^2-; K₂Cr₂O₇ - K⁺, Cr³⁺, O^2-; MnO₂ - Mn⁴⁺; O^2-; Fe(CN)₆^4- - Fe²⁺, C²⁺, N^3-; AuCl₄^- - Au³⁺, Cl^-; PuO₂⁺ - Pu⁵⁺, O^2-; Cl₂O₆ - Cl³⁺, O^2-;PH₃ - P^3-, H⁺; SCN^- - S^2-, C⁴⁺, N^3-; Na₂S₂O₃ - Na⁺, 2S²⁺, O^2- lub Na⁺, S⁶⁺ i S^2-, O^2-; Na₂S₂O₆ - Na⁺, S⁵⁺, O^2-; Na₂S₄O₆ -
Na⁺, S^5/2+, O^2-; K₂CrO₄ - K⁺, Cr⁶⁺, O^2-; Co(NO₂)₆^3- - Co³⁺, N³⁺, O^2-; CaH₂ - Ca²⁺, H^-; TiO₃^2- - Ti⁴⁺, O^2-; SO₄^2- - S⁶⁺, O^2-; Na₂SiO₃ - Na⁺, Si⁴⁺,O^2-; H₂O₂ - H⁺,O^-; NaHAsO₄ - Na⁺, H⁺,As⁵⁺,O^2-; IO₃^- - I⁵⁺, O^2-.

Metoda analizy stopni utlenienia

1*/23

1. Fe²⁺ + ClO^- + H⁺ → Fe³⁺ + Cl^- + H₂O

Fe²⁺ →Fe³⁺ + 1e^- /x2

Cl⁺ +2e^-→Cl^- /x1

2 Fe²⁺ + ClO^- + 2H⁺ = 2 Fe³⁺ + Cl^- + H₂O

c) SO₄^2- + Zn + H⁺ → S^2- + Zn²⁺ + H₂O

S⁶⁺ + 8e^- →S^2- /x1

Zn⁰→Zn²⁺ + 2e^- /x4

SO₄^2- + 4 Zn + 8 H⁺ = S^2- + 4 Zn²⁺ + 4 H₂O

f) AsO₃^3- + I₂ + OH^- → AsO₄^3- + I^- + H₂O

As³⁺ →As⁵⁺ + 2e^-/x1

I₂ + 2e^- → 2I^-/x1

AsO₃^3- + I₂ + 2 OH^- = AsO₄^3- + 2 I^- + H₂O

h) P + IO₃^- + OH^- → HPO₃^2- + I₂ + H₂O

P⁰ →P³⁺ + 3e^- /10

I⁵⁺ + 5e^-→ ½ I₂ /x6

10 P + 6 IO₃^- + 14 OH^- = 10 HPO₃^2- + 3I₂ + 2 H₂O

j) C + S + NO₃^- →N₂ + CO₂ + S^2-

S⁰ + 2e^- →S^2-

+ (dodajemy stronami obydwa schematy redukcji)

2N⁵⁺ + 10e^- →N₂

---------------------

S⁰ + 2N⁵⁺ + 12e^- → S^2- + N₂ /x1

C⁰ →C⁴⁺ + 4e^- /x3

3C + S + 2NO₃^- = N₂ + 3CO₂ + S^2-

2^*/24

7. AgI + Na₂CO₃ → Ag + NaI + CO₂ + O₂

Ag⁺ + 1e^- →Ag⁰ /4x

O^2- →1/2 O₂ + 2e^- /2x

4 AgI + 2Na₂CO₃ → 4Ag + 4 NaI + 2CO₂ + O₂

3^*/24

3. HCl + KMnO₄ → Cl₂ + MnCl₂ + KCl + H₂O

Cl^- → ½ Cl₂ + 1e^- / x10

Mn⁷⁺ +5e^- → Mn²⁺ /x2

16 HCl + 2 KMnO₄ = 5 Cl₂ + 2 MnCl₂ + 2 KCl + 8 H₂O

f) Cu₂O + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

2 Cu⁺ →2 Cu²⁺ + 2e^- /x3

N⁵⁺ + 3e^- → N²⁺ /x2

3 Cu₂O + 14 HNO₃ → 6 Cu(NO₃)₂ + 2 NO + 7 H₂O

12^*/27

1. UO₃ + SOCl₂ → UCl₅ + SO₂ + Cl₂

U⁶⁺ + 1e^- → U⁵⁺ /x2

Cl^- → ½ Cl₂ + 1e^- /x2

2 UO₃ + 6 SOCl₂ → 2 UCl₅ + 6 SO₂ + Cl₂

b) NO₂ + SO₂ → (NO)₂S₂O₇ + NO

3 N⁴⁺ + 4e^- → 2N³⁺ + N²⁺/x1

S⁴⁺ → S⁶⁺ + 2e^- /x2

3 NO₂ + 2 SO₂ → (NO)₂S₂O₇ + NO

Metoda reakcji połówkowych

4^*/25

11. Fe(CN)₆^4- + H₂O₂ + H⁺ → Fe(CN)₆^3- + H₂O

Fe(CN)₆^4- → Fe(CN)₆^3- + 1e^- /x2

H₂O₂ + 2 H⁺ + 2e^-→ 2 H₂O /1x (H₂O₂ jest tu utleniaczem!)

2 Fe(CN)₆^4- + H₂O₂ + 2 H⁺ = 2 Fe(CN)₆^3- + 2 H₂O

5^*/25

6. S₅O₆^2- + Cl₂ + OH^- → SO₄^2- + Cl^- + H₂O

S₅O₆^2- + 28 OH^- → 5 SO₄^2- + 14 H₂O + 20e^-/x1

Cl₂ + 2e^- → 2Cl^-/x10

S₅O₆^2- + 10 Cl₂ + 28 OH^- = 5 SO₄^2- + 20 Cl^- + 14 H₂O

9. H₂PO₂^- + Br₂ + OH^- → PO₄^3- + Br^- + H₂O

H₂PO₂^- + 6 OH^- → PO₄^3- + 4 H₂O + 4e^- /1x

Br₂ + 2e^- → 2 Br^- /2x

H₂PO₂^- + 2 Br₂ + 6 OH^- = PO₄^3- + 4 Br^- + 4 H₂O

6^*/25

8. Au³⁺ + H₂O₂ + OH^- → Au + O₂ + H₂O

Au³⁺ + 3e^- → Au⁰ /x2

H₂O₂ + 2 OH^- → 2 H₂O + O₂ + 2e^- /x3 (H₂O₂ jest tu reduktorem)

2 Au³⁺ + 3 H₂O₂ + 6 OH^- = 2 Au + 3 O₂ + 6 H₂O

7^*/26

j) CO(NH₂)₂ + NO₂^- + H⁺ → N₂ + CO₂ + H₂O

CO(NH₂)₂ + H₂O → N₂ + CO₂ + 6H⁺ + 6e^-/x1

2 NO₂^- + 8 H⁺ + 6e^- → N₂ + 4 H₂O/x1

CO(NH₂)₂ + 2 NO₂^- + 2 H⁺ → 2 N₂ + CO₂ + 3 H₂O

k) CH₂O + I₂ + OH^- → HCO₂^- + I^- + H₂O

CH₂O + 3OH^- → HCO₂^- + 2 H₂O + 2e^- /x1

I₂ + 2e^-→ 2 I^- /1x

CH₂O + I₂ + 3 OH^- = HCO₂^- + 2 I^- + 2 H₂O

8^*/26

i) As₂S₅ + NO₃^- + H⁺→ AsO₄^3- + SO₄^2- + NO₂ + H₂O

As₂S₅ + 28 H₂O → 2 AsO₄^3- + 5 SO₄^2- + 56 H⁺ + 40e^- /1x

NO₃^- + 2H⁺ +1e^- → NO₂ + H₂O /x40

As₂S₅ + 40 NO₃^- +80 H⁺ + 28 H₂O = 2 AsO₄^3- +5 SO₄^2- + 40 NO₂ + 56 H⁺ + 40 H₂O,

ostatecznie:

As₂S₅ + 40 NO₃^- + 24 H⁺ = 2 AsO₄^3- +5 SO₄^2- + 40 NO₂ + 12 H₂O

9^*/26

1. Hg + NO₃^- + Cl^- + H⁺ → HgCl₄^2- + NO + H₂O

(reakcja roztwarzania Hg w wodzie królewskiej)

Hg⁰ + 4 Cl^- → HgCl₄^2- + 2e^- /x3

NO₃^- + 4 H⁺ + 3e^- → NO + 2 H₂O /x2

3 Hg + 2 NO₃^- + 12 Cl^- + 8 H⁺ = 3 HgCl₄^2- + 2 NO + 4 H₂O

10^*/26

1. MnO₄^- + Sb³⁺ + …. → Mn²⁺ + H₃SbO₄ + …. (śr. kwaśne)

Reakcje połówkowe piszemy tak, jak w środowisku kwaśnym:

MnO₄^- + 8 H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4 H₂O /x2

Sb³⁺ + 4 H₂O → H₃SbO₄ + 5 H⁺ + 2e^- /x5

2 MnO₄^- + 5 Sb³⁺ + 16 H⁺ + 20 H₂O = 2 Mn²⁺ + 5 H₃SbO₄ + 25 H⁺ + 8 H₂O,

ostatecznie:

2 MnO₄^- + 5 Sb³⁺ + 12 H₂O = 2 Mn²⁺ + 5 H₃SbO₄ + 9 H⁺

e) Al + NO₃^- + …→ Al(OH)₄^- + NH₃ + ….. (śr. zasadowe)

Reakcje połówkowe piszemy tak, jak w środowisku zasadowym:

Al⁰ + 4 OH^- → Al(OH)₄^- + 3e^- /x8

NO₃^- + 6 H₂O + 8e^- → NH₃ + 9 OH^- /x3

8 Al + 3 NO₃^- + 32 OH^- + 18 H₂O = 8 Al(OH)₄^- + 3 NH₃ + 27 OH^-,

ostatecznie:

8 Al + 3 NO₃^- + 5 OH^- + 18 H₂O = 8 Al(OH)₄^- + 3 NH₃

h) CS(NH₂)₂ + NO₂^- + .... → NCS^- + N₂ + .... (śr. obojętne)

Reakcje połówkowe piszemy tak, jak w środowisku kwaśnym:

2 CS(NH₂)₂ → 2 NCS^- + N₂ + 8 H⁺ + 6e^-/x1

2 NO₂^- + 8 H⁺ + 6e^- → N₂ + 4 H₂O/x1

CS(NH₂)₂ + NO₂^- → NCS^- + N₂ + 2 H₂O

i) MnO₄^- + H₂O₂ + ….→ Mn²⁺ + O₂ + …. (śr. kwaśne)

Reakcje połówkowe piszemy tak, jak w środowisku kwaśnym:

MnO₄^- + 8 H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4 H₂O /x2

H₂O₂ → 2 H⁺ + O₂ + 2e^- /x5 (H₂O₂ jest tu reduktorem!)

2 MnO₄^- + 5 H₂O₂ + 16 H⁺ = Mn²⁺ + O₂ + 10 H⁺ + 8 H₂O,

ostatecznie:

2 MnO₄^- + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ = Mn²⁺ + O₂ + 8 H₂O

13^*/28

7. VO²⁺ + IO₃^- + OH^- → VO₃^- + I^- + H₂O

VO²⁺ + 4 OH^- → VO₃^- + 2 H₂O + 1e^- /6x

IO₃^- + 3 H₂O + 6e^- → I^- + 6 OH^- /1x

6 VO²⁺ + IO₃^- + 18 OH^- → 6 VO₃^- + I^- + 9 H₂O

Nadtlenek wodoru H₂O₂ jako utleniacz i reduktor

Nadtlenek wodoru w reakcjach z reduktorami zachowuje się jak utleniacz, natomiast w reakcjach z silnymi utleniaczami pełni rolę reduktora. Reakcje oksydacyjno-redukcyjne z jego udziałem zachodzą zarówno w środowisku kwaśnym, jak i w zasadowym. Odpowiednie reakcje połówkowe utleniania i redukcji H₂O₂ mają postać:

Środowisko kwaśne

H₂O₂ + 2H⁺ +2e^- = 2 H₂O (redukcja)

H₂O₂ = O₂ + 2H⁺ +2e^- (utlenianie)

Środowisko zasadowe

H₂O₂ + 2e^- = 2 OH^- (redukcja)

H₂O₂ + 2OH^- = O₂ + 2H₂O + 2e^- (utlenianie)

Reakcje dysproporcjonowania

14^*/28

1. NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

N⁴⁺ → N⁵⁺ + 1e^- /1x (utlenianie)

N⁴⁺ + 1e^- → N³⁺ /1x (redukcja)

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

b) S + NaOH → Na₂S₂O₃ + Na₂S + H₂O

2S → 2S²⁺ + 4e^- /1x (utlenianie)

S + 2e^- → S^2- /2x (redukcja)

4S + 6NaOH = Na₂S₂O₃ + 2Na₂S + 3H₂O

c) P₄O₆ → P₄ + P₂O₄

2P³⁺ → 2P⁴⁺ + 2e^- /6x (utlenianie)

4P³⁺ + 12e^- → P₄ /1x (redukcja)

4P₄O₆ = P₄ + 6P₂O₄

d) SnO₂ + Na₂CO₃ + S → Na₂SnS₃ + SO₂ + CO₂

S → S⁴⁺ + 4e^- /3x (utlenianie)

3S + 6e^- → 3S^2- /2x (redukcja)

2SnO₂ + 2Na₂CO₃ + 9S = 2Na₂SnS₃ + 3SO₂ + 2CO₂

e) I₂ + AgNO₃ → AgI + I(NO₃)₃

I₂ → 2I³⁺ + 6e^- /1x (utlenianie)

I₂ + 2e^- → 2I^- /3x (redukcja)

4I₂ + 6AgNO₃ = 6AgI + 2I(NO₃)₃

g) H₂S₂O₆ + H₂O → H₂SO₃ + H₂SO₄

S⁵⁺ → S⁶⁺ + 1e^- /1x (utlenianie)

S⁵⁺ + 1e^- → S⁴⁺ /1x (redukcja)

H₂S₂O₆ + H₂O = H₂SO₃ + H₂SO₄

h) KClO₃ + H₂SO₄ → KHSO₄ + ClO₂ + KClO₄ + H₂O

Cl⁵⁺ → Cl⁷⁺ + 2e^- /1x (utlenianie)

Cl⁵⁺ + e^- → Cl⁴⁺ /2x (redukcja)

3KClO₃ + 2H₂SO₄ = 2KHSO₄ + 2ClO₂ + KClO₄ + H₂O

UWAGA: w skrypcie po prawej stronie równania jest HClO₄, powinno być KClO₄!

9. Br₂ + HgO + H₂O → HgBr₂ + HBrO

Br₂ → 2Br⁺ + 2e^- /1x (utlenianie)

Br₂ + 2e^- → 2Br^- /1x (redukcja)

2Br₂ + HgO + H₂O = HgBr₂ + 2HBrO

j) SCl₂ + NaF → SF₄ + S₂Cl₂ + NaCl

S²⁺ → S⁴⁺ + 2e^- /1x (utlenianie)

2S²⁺ + 2e^- → 2S⁺ /1x ((redukcja)

3SCl₂ + 4NaF → SF₄ + S₂Cl₂ + 4NaCl

15^*/29

a) S + NH₃ → S₄N₄ + (NH₄)₂S

4S → 4S³⁺ + 12e^- /1x (utlenianie)

S + 2e^- → S^2- /6x (redukcja)

10S + 16NH₃ = S₄N₄ + 6(NH₄)₂S

b) H₃PO₃ → H₃PO₄ + PH₃

P³⁺ → P⁵⁺ + 2e^-/3x (utlenianie)

P³⁺ + 6e^- → P^3-/1x (redukcja)

4 H₃PO₃ → 3 H₃PO₄ + PH₃

c) I₂ + OH^- → I^- + IO₃^- + H₂O

I₂ + 12 OH^- → 2IO₃^- + 6 H₂O + 10e^- /1x (reakcja połówkowa utleniania)

I₂ + 2e^- → 2 I^- /5x (reakcja połówkowa redukcji)

6 I₂ + 12 OH^- = 10 I^- + 2 IO₃^- + 6 H₂O

d) ClO₃^- → ClO₄^- + Cl^-

ClO₃^- + H₂O → ClO₄^- + 2H⁺ + 2e^- /3x (reakcja połówkowa utleniania)

ClO₃^- + 6H⁺ + 6e^- → Cl^- + 3H₂O /1x (reakcja połówkowa redukcji)

4ClO₃^- = 3ClO₄^- + Cl^-

7. P + OH^- + H₂O → PH₃ + H₂PO₂^-

P + 2OH^- → H₂PO₂^- + 1e^- /3x (reakcja połówkowa utleniania)

P + 3H₂O + 3e^- → PH₃ + 3OH^- /1x (reakcja połówkowa redukcji)

4P + 3OH^- + 3H₂O = PH₃ + 3H₂PO₂^-

h) (CN)₂ + OH^- → CN^- + CNO^- + H₂O

(CN)₂ + 4 OH^- → 2CNO^- + 2H₂O + 2e^- /1x (reakcja połówkowa utleniania)

(CN)₂ + 2e^- → 2CN^- /1x (reakcja połówkowa redukcji)

2(CN)₂ + 4OH^- = 2CN^- + 2CNO^- + 2H₂O /:2

(CN)₂ + 2OH^- = CN^- + CNO^- + 2H₂O

---