Transcript Reakcje utlenienia i redukcji

Reakcje utlenienia i redukcji
Reguły ustalania stopni utlenienia
1. Pierwiastki w stanie wolnym (nie związane
z atomem (atomami) innego pierwiastka
ma stopień utlenienia równy (zero) 0 ; 0Cu; 0H2;
0S ; 0C
8
60
2. Wodór we wszystkich związkach chemicznych (z
wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, w
których ma stopień utlenienia równy –I) ma
stopień utlenienia równy +I : IH2O ; CIH4;
NaOIH; IH2SO4; K-IH; Ca-IH2
Reguły ustalania stopni utlenienia –cd
3. Tlen we wszystkich związkach chemicznych (z wyjątkami:
fluorku tlenu, w którym ma stopień utlenienia +II,
nadtlenków, w których ma stopień utlenienia –I, w
podtlenkach, w których ma stopień utlenienia -1/2) ma
stopień utlenienia -II:
IH -IIO;
IH S-IIO ;
Na-IIOIH;
F2IIO;
2
2
4
Na2-IO2;
K-1/2O2
Reguły ustalania stopni utlenienia –cd
4. litowce w związkach chemicznych mają stopień
utlenienia równy +I, berylowce mają stopień
utlenienia równy +II, natomiast glinowce +III:
ILi-IIOIH;
INa -IO ;
IK-1/2O ;
2
2
2
IICaS;
IIMg(-IIOIH) ;
2
IIIAl -IIO
2
3
Reguły ustalania stopni utlenienia –cd
5. Suma stopni utlenienia atomów pierwiastków
w cząsteczce związku chemicznego jest zawsze równa
zero (0) ; (przykład obliczenia stopnia utlenienia siarki w
cząsteczce siarczanu(VI) potasu z wykorzystaniem
wcześniej poznanych reguł);
IK xS-IIO
2
4
2 . (I) + 1 . x + 4 . (-II) = 0
2+x-8=0
x = 8 - 2 = 6(IV) – siarka jest na +VI stopniu utlenienia
Reguły ustalania stopni utlenienia –cd
6. Stopień utlenienia jonu prostego jest równy ładunkowi tego
jonu: IIIFe3+ ; -IIS2- ; -ICl- ; I Cu+; -IH- ; IH+ ;
7. Suma stopni utlenienia atomów pierwiastków w jonie
złożonym jest równa ładunkowi tego jonu: przykład obliczenia
stopnia utlenienia fosforu w anionie
xP -IIO 42
7
2 . x + 7 . (-II) = - 4
2x - 14 = - 4
2x = 14 - 4 = 10
x = 5 (V)- fosfor jest na +V stopniu utlenienia.
Reguły ustalania stopni utlenienia –cd
8. Ustalanie stopnia utlenienia atomów węgla w związkach
organicznych – formalnie każdą grupę atomów połączonych z
rozpatrywanym atomem węgla należy rozpatrywać jako odrębną
cząsteczkę , dla której suma stopni utlenienia atomów
pierwiastków wynosi zero (0);
-IIICH - -ICH - 0CH - -IICH - IIICOOH
3
2
I
I
-IIICH OH
3
Proces utlenienia i redukcji
1. Umownie przyjmuje się, że wszystkie
wiązania w cząsteczkach związków chemicznych mają
charakter jonowy, więc w cząsteczkach związków
chemicznych występują nie atomy pierwiastków lecz
ich jony proste.
2. Stopnie utlenienia atomów pierwiastków zapisuje się
nad symbolem pierwiastka cyframi rzymskimi,
w przypadku dodatniego stopnia utlenienie nie potrzeby
zapisywania znaku + (cyfry arabskie stosuje się przy
zapisie stopnia utlenienia 0 i -1/2).
1. Proces utlenienia – jest zawsze związany z
podwyższeniem swojego stopnia utlenienia przez atom.
2. Proces redukcji – jest zawsze związany z obniżeniem
swojego stopnia utlenienia przez atom.
3. Procesy utlenienia i redukcji są ze sobą sprzężone,
co oznacza, że jeżeli w określonej reakcji atom(y)
któregoś pierwiastka ulega (ją) utlenieniu, to inny
atom(y) innego pierwiastka ulega (ją) redukcji, czyli
procesy utlenienia i redukcji przebiegają jednocześnie.
Proces utlenienia i redukcji - cd
1. Utleniacz – atom pierwiastka (lub atom w określonym
związku chemicznym lub jonie), który nie osiągnął
swojego najniższego stopnia utlenienia, pobierając
elektrony obniża swój stopień utlenienia jednocześnie
podwyższając stopień utlenienia reduktora
0S + 2e- → -IIS22. Reduktor – atom pierwiastka ( lub atom w określonym
związku chemicznym lub jonie), który nie osiągnął
swojego najwyższego stopnia utlenienia, oddając
elektrony podwyższa swój stopień utlenienia jednocześnie
obniżając stopień utlenienia reduktora.
0Zn→ IIZn2+ + 2e-
Proces utlenienia i redukcji - cd
utleniacz
redukcja
+ 0Cl2 → IIMg-ICl2
utlenienie
reduktor
Magnez oddając dwa elektrony podwyższył swój stopień
utlenienia z 0 do +II – uległ utlenieniu, jednocześnie
zredukował chlor, który pobierając jeden elektron obniżył
swój stopień utlenienia z 0 do –I uległ redukcji
jednocześnie powodując utlenienie magnezu.
0Mg
Proces utlenienia i redukcji - cd
Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą
bilansu elektronowego – równania połówkowe
(bilans elektronowy)
2KVIIMnO4 + 5Na2IVSO3 + 3H2SO4 →
K2SO4 + 2 IIMnSO4 + 5Na2VISO4 + 3H2O
VIIMn + 5e- → IIMn
5
2
10
IVS → VIS + 2e-
2
5
Proces utlenienia i redukcji - cd
Bilans elektronowy – dobieranie współczynników
stechiometrycznych
2KVIIMnO4 + Na2IVSO3 + 2KOH → 2K2VIMnO4 +
Na2VISO4 + H2O
VIIMn + 1e- → VIMn
1
2
2
IVS → VIS + 2e-
2
1
Proces utlenienia i redukcji - cd
Bilans elektronowy – dobieranie współczynników
stechiometrycznych
2KVIIMnO4 + 3Na2IVSO3 + H2O → 2IVMnO2 +
3Na2VISO4 + 2KOH
VIIMn
+ 3e- →
IVMn
3
2
6
IVS
→
VIS
+ 2e-
2
3
Proces utlenienia i redukcji - cd
Dobieranie współczynników stechiometrycznych
w reakcji zapisanej w formie jonowej
VIIMnO - +5IIFe2+ + x(8)H+ → IIMn2+ + 5IIIFe3+ + 4H O
4
2
VIIMn + 5e- → IIMn
5
1
5
IIFe → IIIFe + 1e-
1
5
Obliczenie liczby kationów H+ : suma ładunków na jonach po obu
stronach równania musi być taka sama
-1 + 5· (+2) + x = 2 + 5 · (+3)
x = 17 +1 – 10 = 8
Proces utlenienia i redukcji - cd
Szczególne przypadki reakcji redoks (redox)
Reakcje dysproporcjonowania utleniaczem i reduktorem jest ta sama substancja (atomy
tego samego pierwiastka)
30I2 + (x)6OH- → 5-II + VIO3- + 3H2O
0I + 2 · 1e- → 2-II
2
2
5
10
0I → 2 VI + 2 · 5e2
10
x = 5 · (-1) + 1· (-1) = - 6
1
Proces utlenienia i redukcji - cd
Szczególne przypadki reakcji redoks (redox)
Reakcje synproporcjonowania produktem reakcji jest tama sama substancja (atomy tego
samego pierwiastka)
2-IIS2- + IVSO32- + 6(x)H+ →30S + 3H2O
-IIS → 0S + 2e-
2
2
4
IVS + 4e- → 0S
4
2 · (-2) + 1 · (-2) + x = 0
x=6
1
Proces utlenienia i redukcji - cd
Reduktor – dobrym reduktorem może być pierwiastek, który
w stanie wolnym lub w danym związku chemicznym nie występuje
na swoim najwyższym stopniu utlenienia, czyli może podwyższyć
swój stopień utlenienia (przykłady: wodór, metale o niskiej
elektroujemności - elektrododatnie , węgiel, tlenek węgla(II), aniony
chlorkowe, bromkowe, jodkowe
Utleniacz – dobrym utleniaczem może być pierwiastek, który
w stanie wolnym lub danym związku chemicznym nie występuje
na swoim najniższym stopniu utlenienia, czyli może swój stopień
utlenienia obniżyć (przykłady: O2, O3, PbO2, HNO3,
H2SO4(stężony), HClO3, HClO4, H2O2, KMnO4, H2Cr2O7 )