Bilansowanie reakcji redoks

Reakcje redoks to takie procesy chemiczne, w których jedne substancje ulegają utlenianiu, a inne – redukcji. Oznacza to, że zmienia się ich stopień utlenienia. Dla substancji utlenianej – rośnie, a dla redukowanej – maleje. Przykładem może być reakcja nadmanganianu potasu z siarczanem (IV) sodu, opisana poniżej.

W reakcjach utleniania – redukcji (redoks), oprócz uzgodnienia liczby biorących w nich udział atomów, uzgodniona być musi również liczba elektronów przenoszonych w reakcji. Dlatego, aby uzgodnić równanie reakcji redoks, należy najpierw podzielić je na równania składowe, odpowiadające procesom utleniania i redukcji:

KMnO4 + Na2SO3 + H­2SO4→ Na2SO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O (1)

W ten sposób, równanie (1), w którym manganian(VII) potasu ulega redukcji do siarczanu manganu(II), a siarczan (IV) sodu jest utleniany do siarczanu(VI) sodu, możemy podzielić na dwa odpowiednie równania, w których interesujemy się tylko zmianą stopnia utlenienia manganu i siarki

Mn(VII+) + 5e-→ Mn(II+) (2)

S(IV+) → S(VI+) +2e- (3)

Taki zapis oznacza, że atom Mn, aby przejść ze stopnia utlenienia +VII na stopień utlenienia +II, potrzebuje przyłączyć 5 elektronów (równanie 2), natomiast siarka, która w jonie siarczanowym (IV) jest na stopniu utlenienia +IV, oddaje 2 elektrony, kiedy przechodzi na stopień utlenienia +VI w jonie siarczanowym(VI) – równanie (3). Liczba oddawanych i przyjmowanych elektronów musi się zgadzać i być całkowita, więc równanie (2) mnożymy przez liczbę elektronów w równaniu (3) i odwrotnie, równanie(3) mnożymy przez liczbę elektronów w równaniu (2). Otrzymujemy:

2Mn(VII+) + 10e- → 2Mn2+ (4)

5S(IV+)→5S(VI+)+10e- (5)

Po dodaniu równań stronami, otrzymujemy:

2Mn(VII+) + 5S(IV+) → 2Mn(II+) + 5S(VI+) (6)

Współczynniki stechiometryczne z równania (6) wstawiamy do równania (1) w odpowiednie miejsca, otrzymując równanie (7), uzgodnione pod względem utleniania-redukcji. Teraz należy uzgodnić pozostałe współczynniki – przy H2SO4, K2SO4 i H2O. W równaniu (7) nieznane na razie współczynniki przy tych związkach zastąpione są niewiadomymi x, y, z.

2KMnO4 + 5Na2SO3 + xH­2SO4→ 5Na2SO4 + yK2SO4 + 2MnSO4 + zH2O (7)

Aby obliczyć wartości niewiadomych, należy najpierw zsumować ilości atomów poszczególnych typów po obydwu stronach równania (7)

Po lewej:

K: 2*1 = 2 atomy (zależy od ilości Mn, uzgodnionej wcześniej)

Mn: 2*1 = 2 atomy (uzgodnione z procesu redoks)

O: 2*4 + 5*3 + x*4 = 4x + 23 atomów

Na: 5*2 = 10 atomów (ilość wynika z uzgodnionej wcześniej ilości Na­2SO3)

S = 5*1 + x = x + 5 atomów (ilość S(IV+), czyli Na2SO3, równą 5 mamy uzgodnioną z procesu redoks, musimy dodatkowo uzgodnić ilość S z H2SO4)

H = 2*x = 2x atomów

Po prawej:

K: 2*1 = 2 atomy (zależy od ilości Mn, uzgodnionej wcześniej)

Mn: 2*1 = 2 atomy (uzgodnione z procesu redoks)

O: 5*4+ y*4 + 2*4 + z = 4y + z + 28 atomów

Na: 5*2 = 10 atomów (ilość wynika z uzgodnionej wcześniej ilości Na­2SO3)

S = 5*1 + y + 2*1 = y + 7 atomów (ilość S(IV+), czyli Na2SO3, równą 5 mamy uzgodnioną z procesu redoks, musimy dodatkowo uzgodnić ilość S z H2SO4)

H = 2*z = 2z atomów

Patrząc na pierwiastki, dla których mamy niewiadome (H, S, O), możemy po porównaniu prawej i lewej strony, zapisać równania:

H: 2x = 2z (8)

O: 4x + 23 = 4y + z + 28 (9)

S: x + 5 = y + 7 (10)

Po rozwiązaniu układu równań (8),(9),(10), otrzymujemy wartości x=z=3 i y=1, które wstawiamy do równania reakcji i otrzymujemy w pełni uzgodnione równanie (11).

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H­2SO4→ 5Na2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O (11)

Podobną procedurę można zastosować dla innego przykładu – utleniania jonów chlorkowych do wolnego chloru za pomocą K2Cr2O7, reakcję opisuje równanie (12)

KCl + K2Cr­2O7 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Cl2 + H2O (12)

Cząstkowe równania utleniania Cl- I redukcji Cr:

2Cl- (-I)→ Cl2(0) + 2e- (13)

2Cr(VI+) → 2Cr(III+) + 6e- (14)

Po przeliczeniu, otrzymujemy:

6KCl + K2Cr­2O7 + 7H2SO4→ 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Cl2 + 7H2O (15)

 

Polecamy również:

  • Stopnie utlenienia

    Stopień utleniemia jest to ładunek elektryczny atomu w związku chemicznym, gdyby ten związek był zbudowany z jonów. W związkach złożonych tylko z dwóch pierwiastków stopień utlenienia jest równy liczbie elektronów oddanych lub przyjętych. Stopień utlenienia oznacza się rzymską... Więcej »

  • Szereg napięciowy metali

    Ułożenie metali według wzrastającej wartości potencjału redoks pozwala na stworzenie szeregu napięciowego metali. Metale położone na szczycie szeregu, takie jak lit, sód, czy potas mają silną tendencję do oddawania elektronów i w efekcie łatwo tworzą jony dodatnie (świadczy o tym duża ujemna wartość... Więcej »

  • Otrzymywanie wodoru, tlenu i innych pierwiastków

    Czysty wodór i tlen można łatwo otrzymać na drodze elektrolitycznego rozkładu wody. Czyste gazy wydzielają się wtedy na odpowiednich elektrodach – wodór na katodzie, na anodzie – tlen, zgodnie z równaniami cząstkowymi (1) – dla wodoru i (2) dla tlenu. Więcej »

  • Zastosowanie elektrolizy

    Proces elektrolizy znajduje wiele różnorodnych zastosowań, zarówno w przemyśle, jak i w laboratorium. Przemysłowe zastosowania elektrolizy to przede wszystkim otrzymywanie metali szlachetnych, szczególnie miedzi, o wysokiej czystości. Więcej »

  • Czym są reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania?

    Reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania to reakcje redoks o nietypowym przebiegu. W przypadku dysproporcjonowania (dysmutacji) część atomów jednego pierwiastka ulega redukcji, a część utlenieniu do różnych stopni utlenienia. Z kolei o synproporcjonowaniu mówi się, gdy atomy danego... Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 3 + 2 =
Ostatnio komentowane
okej nikt nie pytał
Dawid Struczyński • 2021-10-23 17:37:30
Dziekuje
MajMos • 2021-10-20 14:36:02
Dziękuję :)
:) • 2021-10-19 17:04:53
po jakiego uda ktoś to wymyślał
czarnypjes • 2021-10-17 16:53:04
doobry artykuł
Jan Marcalik • 2021-10-15 16:22:46