Katalog

Alicja Wójcik
Chemia, Artykuły

Ciekawy sposób bilansowania równań reakcji utleniania - redukcji

- n +

Ciekawy sposób bilansowania równań reakcji utleniania-redukcji

Uzupełnianie produktów i dobieranie współczynników stechiometrycznych reakcji jest zadaniem koniecznym, ale często trudnym. Szczególnie w reakcjach utleniania-redukcji. Zadanie to często sprawia moim uczniom kłopoty, zwłaszcza w przypadku złożonych reakcji.

W jednym z pierwszych wydań "Kuriera Chemicznego" dr Witold Mizerski zaprezentował inny sposób bilansu reakcji, polegający na dopisywaniu reagentów.

Pomysł jest może sztuczny, ale dobrze sprawdza się w bilansowaniu reakcji utleniania związków organicznych, zachodzących w roztworach wodnych. Sposób dopisywania reagentów nie wymaga znajomości stopni utlenienia reagentów, nie boryka się z pojęciem formalnego stopnia utlenienia atomów węgla.
Jeśli nie spotkaliście się z nim, to zapraszam do jego zastosowania.

Na początek poznajmy reguły:

1. dzielimy zapis reakcji na dwie reakcje połówkowe - niezbędna jest tu umiejętność wyróżnienia utleniacz i reduktora;
2. uzgadniamy niemetale - niemetal nie oznacza tu tlenu i wodoru!
3. uzgadniamy metale;
4. po tej stronie reakcji, w której jest za mało atomów tlenu, dopisujemy je w postaci cząsteczek H2O;
5. po tej stronie reakcji, w której jest za mało atomów wodoru, dopisujemy właściwą liczbę jonów H+;
6. obliczamy sumy ładunków po obu stronach równania i wyrównujemy je poprzez dopisanie odpowiedniej liczby elektronów (pamiętamy, że elektron ma ładunek (-));
7. czynności od reguły 1 do 6 wykonujemy teraz na drugiej reakcji połówkowej;
8. sprawdzamy, czy w obu tych reakcjach liczby elektronów są jednakowe. Jeśli nie, to mnożymy je przez odpowiednie liczby, by ilość elektronów była jednakowa. Po tej czynności dodajemy stronami obie reakcje;
9. sprawdzamy, co da się uprościć;
10. jeśli wiadomo, że reakcja przebiega w roztworze obojętnym lub zasadowym, a po lewej stronie równania obecne są jony H+, to usuwamy je, dodając do obu stron równania taką liczbę jonów OH-, by po lewej stronie związać wszystkie jony H+ i utworzyć cząsteczki H2O.

Przykład 1

Reakcja utleniania etanolu z pomocą nadmanganianu potasu KMnO4 w środowisku kwaśnym. Trzeba wiedzieć, że w trakcie takiej reakcji jony MnO4 - ulegają redukcji do jonów Mn2+.

Pierwszą z reakcji połówkowych zapisujemy:


Zgodnie z regułami 2 i 3 uzgadniamy najpierw mangan - po obu stronach jest tyle samo. Teraz tlen - reguła 3 każe dopisać tyle cząsteczek wody, by po obu stronach było po cztery atomy tlenu:


Tlen uzgodniony, ale z wodorem nie jest dobrze - zgodnie z regułą 5 dopisujemy po lewej stronie właściwą liczbę jonów H+:


Przystąpmy teraz do policzenia ładunków. Po lewej stronie jest (-1) + 8(+1) = +7. Po prawej mamy (+2). Nie zgadza się, więc wyrównujemy liczbę ładunków, dopisując 5 elektronów po lewej stronie:


Pierwsza reakcja połówkowa zapisana.

Druga reakcja połówkowa wymaga znajomości schematu:


Tlen już OK! Zabierzmy się za wodór - zgodnie z regułą 5 dopisujemy jony H+ po prawej stronie:


Wyrównajmy ładunki z pomocą elektronów:


Druga reakcja połówkowa jest teraz gotowa.

Czas na regułę 8:

- wyrównujemy liczby elektronów w reakcjach połówkowych, mnożąc je przez odpowiednie liczby:


- dodajemy reakcje stronami:


Porządkujemy równanie zgodnie z regułą 9 - redukujemy jony wodorowe po stronie prawej i cząsteczki wody po lewej:


Bilans reakcji wykonany!

Przykład 2.

Reakcja utleniania etylenu nadmanganianem potasu w środowisku zasadowym.
Schemat reakcji połówkowej utleniacza:


Reguła 2: brak niemetali
Reguła 3: jeden atom manganu po obu stronach
Reguła 4: ilość tlenu jednakowa
Reguła 6: wyrównujemy ładunki elektronami:


Reakcja dla reduktora:


Reguła 2: liczba atomów węgla po obu stronach - jednakowa
Reguła 4: wyrównujemy liczbę atomów tlenu:


Reguła 5: teraz wodór:


Reguła 6: wyrównujemy ładunki:


Reakcje połówkowe gotowe!
Przed dodaniem ich stronami wyrównajmy elektrony:


Wynik ich dodawania:


Wiedząc, że jony MnO4- redukują się do jonów MnO42- w środowisku zasadowym, stwierdzamy, że obecność jonów wodorowych ni jest możliwa w tej reakcji. Dopisujemy więc po obu stronach po dwa jony wodorotlenowe OH-, by związać jony H+ w cząsteczki wody:


Stosujemy regułę 9 i upraszczamy elektrony i cząsteczki wody:


Pełen sukces!

Przedstawioną powyżej metodę dobierania współczynników stechiometrycznych w reakcjach redoks stosuję z powodzeniem od dziesięciu lat do rozwiązywania zadań konkursowych i olimpijskich podczas pracy z uczniami zdolnymi na zajęciach koła chemicznego. Przydatna jest zwłaszcza wówczas, gdy nie jest oczywisty stopień utlenienia pierwiastków w reakcjach redoks z udziałem związków organicznych.

Opracowanie:
Alicja Wójcik

Wyświetleń: 9169


Uwaga! Wszystkie materiały opublikowane na stronach Profesor.pl są chronione prawem autorskim, publikowanie bez pisemnej zgody firmy Edgard zabronione.