Wykład 3

część 1

Reakcje utleniania-redukcji

Reakcje utleniania redukcji

Utlenianie

– proces cząstkowy, podczas którego atomy, cząsteczki

lub jony oddają elektrony (dezelektronizacja, dezelektronacja);

Redukcja

– proces cząstkowy, podczas którego atomy, cząsteczki

lub jony pobierają elektrony (elektronizacja, elektronacja).

Obydwa procesy są ze sobą ściśle powiązane – utlenianiu

towarzyszy zawsze redukcja, a redukcji

– utlenianie.

Wymiana elektronów odbywa się pomiędzy substratami reakcji.
Procesy te nazwywamy procesami oksydo-redukcyjnymi
(procesy redoks).

Liczba elektronów oddawanych przez substraty (nazywane
reduktorami) jest równa liczbie elektronów przyjmowanych przez
substraty zwane utleniaczami.

Utleniacz

– akceptor elektronów (przyjmuje elektrony) – czyli sam

ulega redukcji (elektronacji).

Reduktor

– donor elektronów (oddaje elektrony) – czyli sam ulega

utlenianiu (dezelektronacji).

Stopień utlenienia

Podczas reakcji redoks

następuje zmiana stopnia utlenienia

pierwiastków wchodzących w skład reagujących substancji.

Podwyższenie stopnia utlenienia któregokolwiek pierwiastka powoduje

obniżenie stopnia utlenienia innego pierwiastka.

Stopień utlenienia – liczba elektronów, jaką przyjmuje lub oddaje

atom pierwiastka tworząc wiązanie o charakterze czysto jonowym z
atomami innych pierwiastków.

Wiązania pomiędzy atomami danych pierwiastków z atomami innych

pierwiastków nie zawsze są wiązaniami jonowymi, dlatego podczas
obliczania stopnia utlenienia pierwiastków, które nie tworzą ze sobą
wiązań jonowych, ale wiązania atomowe spolaryzowane,

przyjmuje się w uproszczeniu

, że wiązanie ma „charakter jonowy”.

Stopień utlenienia

Stopień utlenienia podaje się po nazwie lub symbolu pierwiastka

używając cyfry rzymskiej (jeżeli stopień utlenienia jest dodatni, nie

trzeba pisać znaku + przed cyfrą rzymską), jeżeli stopień utlenienia
jest mniejszy od 0, przed cyfrą rzymską piszemy znak minus

- .

W niektórych podręcznikach spotyka się zapis stopnia w postaci cyfr

arabskich oznaczając stopnie utlenienia > 0 znakiem + (plus)

a stopnie utlenienia < 0 znakiem

– (minus) napisanym przed cyfrą.

Stopień utlenienia podajemy pisząc go nad symbolem pierwiastką, lub

w jego prawym górnym indeksie.

Różnica w zapisie:
Ca

2+

(jon o ładunku +2, wartość ładunku jonu = stopniowi utlenienia)

Mn

VII

oznacza Mn

+7

nie istnieje kation Mn

7+

,

mangan

na +7 stopniu utlenienia występuje jako anion MnO

4

-

Reguły obliczania stopnia utlenienia pierwiastków



stopień utlenienia atomów wszystkich pierwiastków w stanie wolnym jest

równy zeru, niezależnie od tego czy występują w postaci atomów czy

tworzą cząsteczki wieloatomowe np.:

Na

0

, Cu

0

, Br

2

0

, O

2

0

, S

8

0



suma stopni utlenia atomów wszystkich pierwiastków wchodzących w skład

cząsteczki związku chemicznego jest równa zero , np.:

Na

+

Cl

-

(+1-1 =0)

K

2

S [ 2

x

(+1) + (-2) = 0



Stopień pierwiastka w jonie prostym odpowiada ładunkowi jonu

Na

+

(I lub +1)

S

2-

(-II lub -2)



suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład jonu jest

równa ładunkowi elektrycznemu tego jonu, np.:

SO

4

2-

[ +6 + 4

x

(-2) =-2]

PO

4

3-

[ +5 + 4

x

(-2) = -3]



fluor jako najbardziej elektroujemny pierwiastek we wszystkich
zwiazkach występuje na -1 (-I) stopniu utlenienia;



metale w związkach występują zawsze na dodatnich stopniach
utlenienia, przy czym Li, Na, K zawsze na +1 stopniu utlenienia,
Mg, Ca, Ba, Zn na +2 stopniu utlenienia, Al na +3 stopniu
utlenienia, niektóre metale (w różnych związkach) mogą
występować na więcej niż jednym stopniu utlenienia np. Cr (III) -
Cr

3+

,

Cr (VI)

– Cr

+6

;



wodór występuje na I (+1) stopniu utlenienia z wyjątkiem połączeń z
litowcami (Li, Na, K, Cs), berylowcami (Be, Mg, Ca, Ba, Sr) i glinem
(Al)

– czyli z wyjątkiem wodorków tych metali, w których występuje

na

–I (-1) stopniu utlenienia, np.:

KH, CaH

2

, LiAlH

4;



tlen w większości związków chemicznych występuje na -II (-2)
stopniu utlenienia , z wyjątkiem:



-

nadtlenków, w których występuje na – I (-1) np.:

H

2

O

2

, K

2

O

2

, BaO

2



- fluorku tlenu OF

2

, w którym występuje na II (+2) stopniu utlenienia

Przykłady obliczania stopnia utlenienia

KMnO

4

stopień utlenienia K = I (+1)
stopień utlenienia O = - II (-2)
stopień utlenienia Mn =

X

1+

X

+ 4

·

(-2) = 0

X

= -8 +1 = +7

Stopień utlenienia Mn

VII

lub Mn

+7

Na

2

Cr

2

O

7

stopień utlenienia Na = I (+1)
stopień utlenienia O = - II (-2)
stopień utlenienia Cr =

X

2

·

(+1) +

2X

+ 7

·

(-2) = 0

2X

= +12

X

= +6 stopień utlenienia Cr =VI (+6)

NO

3

-

stopień

utlenienia azotu =

X

X

+ 3

·

(-2) = -1

X

= -1 + 6 = 5

stopień utlenienia azotu V (+5)

CH

2

O

stopień utlenienia węgla =

X

X

+ 2

·

1 + (-2) = 0

X

+ 2 - 2 = 0

X

= 0

Utleniacze

Utleniacze = atomy, cząsteczki lub jony zdolne do przyjmowania
elektronów od innych atomów, cząsteczek lub jonów.
Utleniacze przyjmując elektrony same się redukują.

Do najczęściej stosowanych utleniaczy należą:



fluorowce (F

2

, Cl

2

, Br

2

, I

2

);



chlorany (VII) np. KClO

4

, chlorany (V) np. KClO

3

,

chlorany (III) np. KClO

2

, chlorany (I) np. KClO;



tlen O

2 ,

, ozon O

3

, nadtlenek wodoru H

2

O

2

, nadtlenki metali: Na

2

O

2

;



związki chromu na VI (+6) stopniu utlenienia np.. CrO

3

, K

2

Cr

2

O

7

,

K

2

CrO

4

;



związki manganu na VI (+6) i VII (+7) stopniu utlenienia, np.:MnO

3

,

Mn

2

O

7

, K

2

MnO

4

, KMnO

4

;



kwas azotowy HNO

3

(V) i jego sole;



związki chemiczne, w których pierwiastki znajdują się na wyższym z
możliwych stopni utlenienia np.: Sn

+4

Cl

4

, Fe

+3

Cl

3

;



łatwo redukujące się tlenki, np.: CuO, Ag

2

O, MnO

2

, PbO

2

.

Reduktory

Reduktory = atomy, cząsteczki lub jony zdolne do oddawania

elektronów innym atomom, cząsteczkom lub jonom. Reduktory

oddając elektrony same się utleniają.

Do najczęściej stosowanych reduktorów należą:



węgiel i tlenek węgla (II) CO;



wodór H

2

;



metale znajdujące się w szeregu napięciowym przed wodorem (np.

cynk, magnez, żelazo, wapń, sód)



związki chemiczne, w których pewne pierwiastki znajdują się na

niższym z możliwych stopni utlenienia: Sn

2+

Cl

2

, Fe

2+

Cl

2

,

, H

2

S

+4

O

3

,

H

2

S

-2

, S

+4

O

2



aldehydy

Dobieranie współczynników stechiometrycznych w reakcjach redoks.

Pisząc równania utleniania-redukcji bilansujemy:



liczbę elektronów oddawanych i przyjmowanych przez utleniacz

i reduktor (reakcje połówkowe)



przeprowadzić bilans materiałowy: istotne jest tzw. „środowisko
reakcji”

Metody stosowane przy bilansowaniu stron równania stosuje się:



metodę „uwzględnienia atomowych zmian stopni utlenienia”
najczęściej stosowana przy wyłącznie cząsteczkowym zapisie
reakcji redox.



metodę „bilansu materiałowo-ładunkowego” – szczególnie zalecana
do bilansowania reakcji w postaci jonowej, lub reakcji, w których
trudno w prosty sposób ustalić stopień utlenienia atomów w
cząsteczkach lub jonach, np.: FeAsS, SCN

-

.

Można również stosować obie metody łącznie.

Metoda uwzględniania atomowych zmian stopni utlenienia

Przykład:
KNO

2

+ KMnO

4

+ H

2

SO

4

→ KNO

3

+ MnSO

4

+ K

2

SO

4

+ H

2

O

1.Określ stopnie utlenienia poszczególnych pierwiastków i ustal, które
zmieniły stopień utlenienia – określ utleniacze i reduktory
(uwaga:

może być więcej niż jeden utleniacz i/lub więcej niż jeden

reduktor;

ten sam pierwiastek może równocześnie pełnić rolę utleniacza

i reduktora

– reakcje dysproporcjonowania)

K

I

N

III

O

2

-II

+ K

I

Mn

VII

O

4

-II

+ H

2

I

S

VI

O

4

-II

→

K

I

N

V

O

3

-II

+ Mn

II

S

VI

O

4

-II

+ K

2

I

S

VI

O

4

-II

+ H

2

I

O

-II

K

I

N

III

O

2

-II

+ K

I

Mn

VII

O

4

-II

+ H

2

I

S

VI

O

4

-II

→

K

I

N

V

O

3

-II

+

Mn

II

S

VI

O

4

-II

+ K

2

I

S

VI

O

4

-II

+ H

2

I

O

-II

N

III

–

2e →

N

V

reakcja połówkowa utleniania

reduktor

Mn

VII

+

5e →

Mn

II

reakcja połówkowa redukcji

utleniacz

Liczba elektronów pobranych przez utleniacz = liczbie elektronów

oddanych przez reduktor

N

III

–

2e →

N

V

reakcja połówkowa utleniania x 5

5N

III

–

10e

→ 5

N

V

reakcja połówkowa utleniania

Mn

VII

+

5e →

Mn

II

reakcja połówkowa redukcji x 2

2Mn

VII

+

10e

→ 2

Mn

II

reakcja połówkowa redukcji

Po dodaniu równań połówkowych stronami otrzymujemy:

5N

III

–

10e +

2Mn

VII

+ 10e

→ 5

N

V

+ 2

Mn

II

Wprowadzamy współczynniki do reakcji cząsteczkowej, opuszczając

stopnie utlenienia

5KNO

2

+ 2KMnO

4

+ H

2

SO

4

→ 5 KNO

3

+ 2MnSO

4

+ K

2

SO

4

+ H

2

O

Dobieramy współczynniki stechiometryczne dla pozostałych
reagentów, tych w których pierwiastki nie zmieniały stopni utlenienia

Bilans atomów

K

5

K

NO

2

+

2K

MnO

4

+ H

2

SO

4

→ 5

K

NO

3

+ 2MnSO

4

+

K

2

SO

4

+ H

2

O

Bilans atomów siarki

P = 3 L = 1

x 3

5KNO

2

+ 2KMnO

4

+

3

H

2

S

O

4

→ 5 KNO

3

+

2

Mn

S

O

4

+ K

2

S

O

4

+ H

2

O

Bilans atomów H:

5KNO

2

+ 2KMnO

4

+

3H

2

S

O

4

→ 5 KNO

3

+

2

Mn

S

O

4

+

K

2

S

O

4

+

?H

2

O

L= 6 P = liczba H

2

O ? =x =3

5KNO

2

+

2K

MnO

4

+

3H

2

S

O

4

→ 5 KNO

3

+

2

Mn

S

O

4

+

K

2

S

O

4

+

3

H

2

O

Bilans atomów O:
5

KN

O

2

+

2

K

Mn

O

4

+

3

H

2

S

O

4

→

5

KN

O

3

+

2

Mn

S

O

4

+

K

2

S

O

4

+

3

H

2

O

L= 10 + 8 + 12 =30

P = 15 + 8 + 4 + 3 =30
Wszystkie pierwiastki po obu stronach równania zostały zbilansowane.
Spełnione zostało prawo zachowania masy. (L=P, lub L→ P)

Jeżeli reakcja przebiega w roztworze wodnym, to po uwzględnieniu

procesów dysocjacji zapisujemy substraty i produkty w postaci
jonowej:

K

+

+ NO

2

-

+ K

+

+MnO

4

-

+ 2H

+

+SO

4

2-

→

K

+

+ NO

3

-

+ Mn

2+

+ SO

4

2-

+ 2K

+

+

SO

4

2-

+ H

2

O

Wykreślamy po obu stronach równania jony,

których stopnie

utlenienia nie uległy zmianie

(równanie jonowe skrócone –

dotyczące pierwiastków i jonów, które zmieniły stopień utlenienia)

K

+

+ NO

2

-

+ K

+

+MnO

4

-

+ 2H

+

+SO

4

2-

→

K

+

+ NO

3

-

+ Mn

2+

+ SO

4

2-

+ 2K

+

+

SO

4

2-

+ H

2

O

Przepisujemy równanie jonowe skrócone pomijając na razie

współczynniki, jeżeli reakcja przebiegała w środowisku kwaśnym
lub zasadowym uwzględniamy środowisko zaznaczając
odpowiednio (H

+

dla środowiska kwaśnego, OH

-

dla zasadowego)

:

H

+

+ NO

2

-

+ MnO

4

-

→

NO

3

-

+ Mn

2+

+

H

2

O

Następnie podobnie jak poprzednio, określamy stopnie utlenienia

pierwiastków w poszczególnych jonach:

(H

I

)

+

+ (N

III

O

-II

2

)

-

+ (Mn

VII

O

-II

4

)

-

+

→

(H

I

)

+

+ (N

V

O

-II

2

)

-

+ (Mn

II

)

2+

+

(H

I

2

O

–II

)

0

Zwracam uwagę, że stopnie utlenienia niektórych starszych
podręcznikach zapisywane są liczbami arabskimi poprzedzonymi
odpowiednio znakiem + lub -.

Zapis poprzedniego równania wyglądałby następujaco:

(K

+1

)

+

+ (N

+3

O

2-

2

)

-

+ (Mn

+7

O

–2

4

)

-

+

→

(K

+1

)

+

+ (N

+5

O

–2

2

)

-

+ (Mn

+2

)

2+

+

(H

+

2

O

–2

)

0

Ustalamy bilans elektronów w reakcji utleniania i redukcji:

N

III

–

2e →

N

V

reakcja połówkowa utleniania x 5

reduktor

Mn

VII

+

5e →

Mn

II

reakcja połówkowa redukcji x 2

utleniacz

5N

III

–

10e

→ 5

N

V

reakcja połówkowa utleniania

2Mn

VII

+ 10e

→ 2

Mn

II

reakcja połówkowa redukcji

Po dodaniu równań stronami otrzymamy:

5N

III

–

10e +

2Mn

VII

+ 10e

→ 5

N

V

+ 2

Mn

II

Zapisujemy równanie jonowe uwzględniając współczynniki z równań
połówkowych:

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

H

2

O

Możemy teraz zbilansować pozostałe pierwiastki występujące w

równaniu jonowym, czyli tlen i wodór:

Bilans O:

L = 5

x

2

+

2

x

4 =

18

P =

5

x

3 +

x

x

1 =

18

x = 3

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

3

H

2

O

Bilans H

P = 3

x

2

=

6

L = 1

x

y

= 6

y

= 6

Równanie jonowe przybiera postać:

6

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

3

H

2

O

Sprawdzamy jeszcze bilans ładunków w równaniu jonowym:
P = 5

x

(-1) + 2

x

(+2) = -1

L = 6

x

(+1) + 5

x

(-1) + 2

x

(-1) = -1

Można pominąć etap bilansowania tlenu i wodoru w równaniu

jonowym i od razu przystąpić do bilansowania ładunków po obu
stronach równania jonowego.

Zbilansowanie ładunków pozwoli na równoczesne zbilansowanie stron

równania jonowego.

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

H

2

O

P = 5

x

(-1)

+

2

x

(+2)

=

-1

L = 5

x

(-1)

+

2

x

(-1) +

X

x

(+1) = -1

X

= 6 liczba kationów H

+

musi wynosić 6, aby ładunki po obu stronach

równania były jednakowe, równanie jonowe przybiera postać

:

6

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

?

H

2

O czyli

? = 3

Zatem prawidło zapis równania jonowego jest taki sam jak poprzednio:

6

H

+

+

5

NO

2

-

+

2

MnO

4

-

→

5

NO

3

-

+

2

Mn

2+

+

3

H

2

O

Określanie środowiska przebiegu reakcji redoks

Zdolności utleniające zastosowanego utleniacza zależą od
warunków prowadzenia reakcji.

Przykładem wpływu warunków reakcji (a więc odczynu
środowiska) na właściwości utleniające KMnO

4

są następujące

reakcje:

Roztwór KMnO

4

+ H

2

SO

4

Dodajemy

roztwór

Na

2

SO

3

Nastąpiło

odbarwienie

roztworu

a)

Reakcja w środowisku kwaśnym

b) Reakcja w środowisku obojętnym

Roztwór

KMnO

4

+ H

2

O

Dodajemy

roztwór

Na

2

SO

3

Wytrącił się
brunatny osad

c) Reakcja w środowisku zasadowym

Roztwór

KMnO

4

+

roztwór KOH

Dodajemy

roztwór

Na

2

SO

3

Roztwór zmienił

zabarwienie

na zielone

Reakcja w środowisku kwaśnym (a)

KMnO

4

+ H

2

SO

4

+ Na

2

SO

3

→ MnSO

4

+ Na

2

SO

4

+ H

2

O + …..

różowy

bezbarwny

Zapiszmy równanie w postaci jonowej:

MnO

4

-

+

H

+

+

SO

3

2-

→ Mn

2+

+ SO

4

2-

+ H

2

O

Mn

VII

+

5e

→ Mn

II

(redukcja)

UTLENIACZ

S

IV

–

2e

→ S

VI

(utlenianie) REDUKTOR

Mn

VII

+

5e

→ Mn

II x

2

S

IV

–

2e

→ S

VI x

5

2 Mn

VII

+

10e

→

2 Mn

II

5 S

IV

–

10e

→ 5 S

VI

Wstawiamy współczynniki z równań połówkowych do równania
jonowego:

2 MnO

4

-

+

H

+

+ 5

SO

3

2-

→ 2 Mn

2+

+ 5 SO

4

2-

+ H

2

O

Bilansujemy ładunki po obu stronach równania jonowego:
P= 2

X

(+2) + 5

X

(-2) = -6

L = 2

X

(-1) + 5

X

(-2) +

x

X

(+1) = -6

x = 6

Wstawiamy współczynnik przed liczbą kationów H

+

do równania

jonowego i określamy liczbę cząsteczek wody.

2 MnO

4

-

+ 6

H

+

+ 5

SO

3

2-

→ 2 Mn

2+

+ 5 SO

4

2-

+ H

2

O

2 MnO

4

-

+ 6

H

+

+ 5

SO

3

2-

→ 2 Mn

2+

+ 5 SO

4

2-

+ 3 H

2

O

Teraz możemy przenieść współczynniki do równania cząsteczkowego

2 MnO

4

-

+ 6

H

+

+ 5

SO

3

2-

→ 2 Mn

2+

+ 5 SO

4

2-

+ 3 H

2

O

2KMnO

4

+ 3H

2

SO

4

+ 5Na

2

SO

3

→ 2MnSO

4

+ 5Na

2

SO

4

+ 3H

2

O + ….

2K

MnO

4

+

3

H

2

SO

4

+ 5Na

2

SO

3

→

2

Mn

SO

4

+ 5Na

2

SO

4

+ 3H

2

O +….

2K

MnO

4

+

3

H

2

SO

4

+ 5Na

2

SO

3

→

2

Mn

SO

4

+ 5Na

2

SO

4

+ 3H

2

O +

K

2

SO

4

utleniacz

reduktor

Dopisanie do równania cząsteczkowego

K

2

SO

4

wynikało z

konieczności zbilansowania jonów K

+

oraz anionów SO

4

2-

po

obu stronach równania cząsteczkowego. Pierwiastki obecne w

tych jonach nie zmieniały stopnia, dlatego nie uwzględniano ich

w bilansie równania jonowego , jednak muszą być one

uzwględnione w bilansie równania cząsteczkowego, aby

zgadzały się strony tak podanego równania.

Reakcja w środowisku obojętnym (b)

KMnO

4

+ H

2

O + Na

2

SO

3

→

MnO

2

↓

+ Na

2

SO

4

+ KOH

różowy

brunatny

Zapis jonowy reakcji:

MnO

4

-

+

H

2

O

+

SO

3

2-

→

MnO

2

↓

+ SO

4

2-

+ OH

-

Mn

VII

+

3e

→

Mn

IV

(redukcja)

UTLENIACZ

S

IV

–

2e → S

VI

(utlenianie) REDUKTOR

Mn

VII

+

3e →

Mn

IV

x

2

S

IV

–

2e → S

VI

x

3

2 Mn

VII

+

6e

→

2

Mn

IV

3 S

IV

–

6e → 3 S

VI

Wstawiamy współczynniki z równań połówkowych do równania
jonowego:

2 MnO

4

-

+

H

2

O

+ 3

SO

3

2-

→

2

MnO

2

0

↓

+ 3 SO

4

2-

+ ? OH

-

? = x

Bilansujemy ładunki w równaniu jonowym:
L = 2

X

(-1) + 3

X

(-2) = -8

P = 3

X

(-2) +

x

X

(-1) = -8

x = 2

Teraz uzupełniamy równanie jonowe:

2 MnO

4

-

+

H

2

O

+ 3

SO

3

2-

→

2

MnO

2

0

↓

+ 3 SO

4

2-

+ 2 OH

-

a teraz możemy przenieść współczynniki do równania

cząsteczkowego:

2 MnO

4

-

+

H

2

O

+ 3

SO

3

2-

→

2

MnO

2

0

↓

+ 3 SO

4

2-

+ 2 OH

-

2KMnO

4

+ H

2

O + 3Na

2

SO

3

→

2

MnO

2

↓

+ 3Na

2

SO

4

+ 2KOH

utleniacz

reduktor

Reakcja w środowisku zasadowym (c)

KMnO

4

+ KOH + Na

2

SO

3

→

K

2

MnO

4

+ Na

2

SO

4

+ H

2

O

różowy

zielony

Zapiszmy równanie w postaci jonowej

MnO

4

-

+

OH

-

+

SO

3

2-

→

MnO

4

2-

+ SO

4

2-

+ H

2

O

Mn

VII

+ e

→

Mn

VI

(redukcja)

UTLENIACZ

S

IV

–

2e → S

VI

(utlenianie) REDUKTOR

Mn

VII

+ e

→

Mn

VI

x

2

S

IV

–

2e → S

VI

2Mn

VII

+ 2e

→

2

Mn

VI

S

IV

–

2e → S

VI

Wstawiamy współczynniki z równań połówkowych do równania
jonowego:

2MnO

4

-

+ ? OH

-

+ SO

3

2-

→

2MnO

4

2-

+ SO

4

2-

+ H

2

O

? =

x

Bilansujemy ładunki w równaniu jonowym:
P = 2

X

(-2) + 1

X

(-2)

= -6

L = 2

X

(-1) + 1

X

(-2) +

x

X

(-1) = -6

x = 2

2MnO

4

-

+

2

OH

-

+ SO

3

2-

→

2MnO

4

2-

+ SO

4

2-

+ H

2

O

utleniacz

reduktor

Teraz możemy przenieść współczynniki do równania

cząsteczkowego:

2MnO

4

-

+

2

OH

-

+ SO

3

2-

→

2MnO

4

2-

+ SO

4

2-

+ H

2

O

2KMnO

4

+

2

KOH + Na

2

SO

3

→

2 K

2

MnO

4

+ Na

2

SO

4

+ H

2

O

Określanie środowiska przebiegu reakcji redoks

Dobrać współczynniki i środowisko reakcji:
Fe

2+

+ NO

3

-

+ ……

→

Fe

3+

+ NO +……

Fe

2+

+ N

v

O

3

-

+ ……

→

Fe

3+

+ N

II

O +……

Fe

2+

- e

→

Fe

3+

utlenianie (

reduktor

)

x 3

N

v

+ 3e

→

N

II

redukcja (

utleniacz

)

3Fe

2+

+

NO

3

-

+ ……

→

3Fe

3+

+ NO

0

+……

Bilansowanie ładunków w równaniu jonowym:
P = 3

x

(+3) + 0 = +9

L = 3

x

(+2) + 1

x

(-1) + = +5

Do +9 brakuje +4.

Nośnikiem ładunków dodatnich są kationy H

+

,

zatem reakcja przebiega w środowisku kwaśnym.
Wprowadzamy 4

H

+

do równania jonowego.

Uwaga:

nośnikiem ładunków ujemnych są aniony OH

-

, w takim

przypadku jeżeli istnieje konieczność uzupełnienia lewej strony

równania ładunkami ujemnymi reakcja przebiega w środowisku
zasadowym.

3Fe

2+

+ NO

3

-

+

4H

+

→

3Fe

3+

+ NO

0

+……

Ładunki w równaniu jonowym są zbilansowane.

Teraz należy zbilansować wszystkie pierwiastki w tym równaniu:

3Fe

2+

+ NO

3

-

+

4H

+

→

3Fe

3+

+ NO

0

+…

Bilans tlenu : O
L= 3 O
P = 1 O, czyli brakuje 2 O, tlen możemy dodać jedynie w postaci

cząsteczek wody H

2

O

0

, tak aby nie zmienić wartości ładunku po

prawej stronie, ponad to musimy „zagospodarować” 4H

+

,

co daje

2H

2

O

3Fe

2+

+ NO

3

-

+

4H

+

→

3Fe

3+

+ NO

0

↑ +

2 H

2

O

Możemy dla powyższego równania jonowego zaproponować równanie

cząsteczkowe.

Kwasem stosowanym w reakcjach redoks

jest przeważnie

kwas siarkowy (VI) H

2

SO

4

(ponieważ nie ulega utlenianiu (jak np. kwas solny HCl) ani redukcji
(jak np. kwas azotowy (V) HNO

3

)

Równanie reakcji – zapis cząsteczkowy (reakcja „obrączkowa”)

FeSO

4

+

NaNO

3

+ 2H

2

SO

4

→

Fe

2

(SO

4

)

3

+

NO↑ + Na

2

SO

4

+2 H

2

O

reduktor

utleniacz

Zgodnie z równaniem jonowym:
3Fe

2+

+ NO

3

-

+

4H

+

→ 3Fe

3+

+ NO

0

↑ + 2H

2

O

0

Skoro w równaniu cząsteczkowym po prawej stronie mamy wzór

Fe

2

(SO

4

)

3

soli siarczanu (VI) żelaza(III),

zatem równanie jonowe należy pomnożycić stronami

x

2

6Fe

2+

+ 2NO

3

-

+

8H

+

→ 6Fe

3+

+ 2NO

0

↑ + 4H

2

O

0

6FeSO

4

+ 2NaNO

3

+ 4H

2

SO

4

→ 3Fe

2

(SO

4

)

3

+ 2NO↑ + Na

2

SO

4

+ 4H

2

O

Sprawdzamy bilans pierwiastków, które nie zmieniły stopnia utlenienia
i pojawiły się w równaniu cząsteczkowym:

6

Fe

S

O

4

+

2Na

NO

3

+

4

H

2

S

O

4

→

3

Fe

2

(

S

O

4

)

3

+ 2NO↑ +

Na

2

S

O

4

+ 4H

2

O

S

L=10

P = 10

Na

L = 2

P = 2

O

L =24 +6+16 = 46

P = 36 + 2+ 4 + 4 = 46

Reakcje dysproporcjonowania (dysmutacji)

Reakcje dysproporcjonowania są procesami, w których część atomów
danego pierwiastka ulega utlenianiu, a część ulega redukcji.
W ten sposób ten sam pierwiastek jest równocześnie utleniaczem
i reduktorem.
Przykład 1:
NO

2

+ H

2

O → HNO

3

+ HNO

2

N

IV

O

2

+ H

2

O → HN

V

O

3

+ HN

III

O

2

Reakcje połówkowe:

N

IV

-

e → N

V

utlenianie (

reduktor

)

N

IV

+e → N

III

redukcja (

utleniacz

)

Po dodaniu stronami równań połówkowych otrzymamy:

N

IV

- e +

N

IV

+ e → N

V

+ N

III

2 N

IV

→ N

V

+ N

III

Wprowadzamy współczynniki z równania połówkowego do równania
cząsteczkowego
2 N

IV

→ N

V

+ N

III

2NO

2

+ H

2

O → HNO

3

+ HNO

2

Sprawdzamy bilans atomów tlenu:
L= 5 P = 5

Przykład 2:

IO

4

-

+ I

-

+…… → I

2

+ ……

I

VII

O

4

-

+ I

-

+…… → I

2

0

+ ……

I

VII

+ 7e → I

0

redukcja (utleniacz)

I

-

-

e → I

0

utlenianie (reduktor)

x 7

7

I

-

-

7

e →

7

I

0

Po dodaniu stronami i uwzględnieniu, że jod występuje w postaci
cząsteczek dwuatomowych:
I

VII

+

7I

-

→ 4 I

2

Wprowadzamy współczynniki z równań połówkowych do równania
jonowego:

I

VII

+

7I

-

→ 4 I

2

IO

4

-

+ 7 I

-

+…… → 4 I

2

+ ……

Teraz należy dokonać bilansu ładunków i ustalić środowisko reakcji:
L = (-1) + 7

x

(-1) = - 8

P = O
Należy dodać do lewej strony 8H

+,

a po prawej stronie w celu

Zbilansowania wodoru i tlenu 4H

2

O

IO

4

-

+ 7 I

-

+ 8 H

+

→ 4 I

2

+ 4 H

2

O

Związki, które mogą być utleniaczami lub reduktorami

Niektóre związki, w zależności od warunków reakcji mogą zachowywać
się jak utleniacze lub jak reduktory.
Przykładem takiego związku jest nadtlenek wodoru H

2

O

2

,

jest to równocześnie związek, w którym tlen występuje na nietypowym,
bo (-I) lub (-1) stopniu utlenienia.
Nadtlenek wodoru jako utleniacz:

H

2

O

2

+ I

-

+ …… → I

2

+ H

2

O

0

(H

2

O

2

-I

)

0

+ I

- (-I)

+ …… → I

2

0

+ (H

2

O

–II

)

0

Reakcje połówkowe

O

2

-I

+ 2e → 2O

-II

redukcja (

utleniacz

)

2I

-

-

2e → I

2

0

wynika z równania

(I

-

-

e → I

0

)

dla zbilansowania e

i utlenianie (

reduktor

)

uwzględnienia się, że I

2

-

to

tworzy cząsteczki

dwuatomowe)

Dodajemy równania połówkowe stronami:

O

2

-I

+ 2e +

2I

-

-

2e → 2O

-II

+ I

2

Wprowadzamy współczynniki do równania jonowego:

H

2

O

2

+ 2I

-

+ …… → I

2

+ 2H

2

O

Bilansujemy ładunki:
L = 2

x

(-1) = -2

P = 0

Do lewej strony równania należy dodać dwa ładunki dodatnie, czyli

2H

+

H

2

O

2

+ 2I

-

+

2H

+

→ I

2

+ 2H

2

O

utleniacz reduktor
Powoduje to równocześnie uzgodnienie stron równania.
Możemy napisać również równanie cząsteczkowe dla tej reakcji:

H

2

O

2

+ 2KI

+

H

2

SO

4

→ I

2

+ 2H

2

O + K

2

SO

4

Nadtlenek wodoru jako reduktor

MnO

4

-

+ H

2

O

2

+……..→ Mn

2+

+ H

2

O + O

2

Wiadomo, że jeżeli następuje redukcja manganu z +VII stopnia

utlenienia do +II stopnia utlenienia (jon Mn

2+

), to reakcja musi

przebiegać w środowisku kwaśnym. Możemy zatem od razu dopisać
kationy

H

+

po lewej stronie równania

MnO

4

-

+ H

2

O

2

+

H

+

→ Mn

2+

+ H

2

O + O

2

(Mn

VII

O

4

-II

)

-

+ (H

2

O

2

-I

)

0

+

H

+

→ (Mn

II

)

2+

+ (H

2

O

-II

)

0

+ O

2

0

Równania połówkowe:

Mn

VII

+ 5e → Mn

2+

redukcja (

utleniacz

)

x 2

O

2

-I

-

2e → O

2

0

utlenianie (

reduktor

)

x 5

2Mn

VII

+ 10e → 2Mn

2+

redukcja (

utleniacz

)

x 2

5O

2

-I

-

10e → 5O

2

0

2Mn

VII

+ 10e +

5O

2

-I

-

10e → 2Mn

2+

+ 5O

2

0

2Mn

VII

+

5O

2

-I

→ 2Mn

2+

+ 5O

2

0

Wstawiamy współczynniki

do równania jonowego:

2MnO

4

-

+ 5H

2

O

2

+

H

+

→ 2Mn

2+

+ H

2

O + 5O

2

Bilansujemy ładunki, podczas bilansowania nie uwzględniamy kationów

H

+

ponieważ ich liczba wynikać będzie z bilansu pozostałych

ładunków:
L = 2

x

(-1) = -2

P = 2

x

(+2) = +4

Aby z (-

2) otrzymać (+4) należy dodać

6

H

+

2MnO

4

-

+ 5H

2

O

2

+

6H

+

→ 2Mn

2+

+ H

2

O + 5O

2

2MnO

4

-

+ 5H

2

O

2

+

6H

+

→ 2Mn

2+

+ H

2

O + 5O

2

Bilans tlenu:

L = 8 + 10 =18

P = 10 +x = 18 x = 8

x = 8 tlen może się znaleźć tylko w cząsteczkach H

2

O

2MnO

4

-

+ 5H

2

O

2

+

6H

+

→ 2Mn

2+

+ 8H

2

O + 5O

2

Bilans H:

L = 10 + 6 = 16

P = 16