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].
