Wpływ pH na utleniające...- Zadanie Doświadczenie 17.: To jest chemia 1. Maturalne karty pracy zakres rozszerzony

Rozwiązanie

Problem badawczy: Badanie wpływu pH na właściwości utleniające manganianu(VII) potasu.

Hipoteza: Im niższe pH środowiska tym manganian(VII) potasu wykazuje silniejsze właściwości utleniające.

Nazwy systematyczne odczynników:

KMnO₄ - manganian(VII) potasu,

Na₂SO₃ - siarczan(IV) sodu,

NaOH - wodorotlenek sodu,

H₂SO₄ - kwas siarkowy(VI).

Obserwacje: W probówce 1. fioletowy roztwór odbarwia się i wytrąca się brunatny osad.

W probówce 2. filetowy roztwór zmienia barwę na zieloną.

W probówce 3. fioletowy roztwór odbarwił się stał się (bezbarwny) bladoróżowy.

Wniosek: Aniony manganianowe(VII) w zależności od środowiska reakcji chemicznej redukują się do:

MnO₂ (w środowisku obojętnym),

MnO₄^2- (w środowisku zasadowym),

Mn²⁺ (w środowisku kwasowym).

Wniosek: Im niższa jest wartość pH, tym silniejsze są właściwości utleniające anionów manganianowych(VII).

Probówka 1.:

$2 MnO X_{4} X^{-} + 3 SO X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O 2 MnO X_{2} + 3 SO X_{4} X^{2 -} + 2 OH X^{-}$

Probówka 2.:

$2 MnO X_{4} X^{-} + SO X_{3} X^{2 -} + 2 OH X^{-} 2 MnO X_{4} X^{2 -} + SO X_{4} X^{2 -} + H X_{2} O$

Probówka 3.:

$2 MnO X_{4} X^{-} + 5 SO X_{3} X^{2 -} + 6 H X^{+} 2 Mn X^{2 +} + 5 SO X_{4} X^{2 -} + 3 H X_{2} O$

Wyjaśnienie:

Poniżej znajdują się bilanse jonowo-elektronowe równań reakcji zachodzących w omawianym eksperymencie.

Probówka 1

Niezbilansowane równanie reakcji:

$KMnO X_{4} + Na X_{2} SO X_{3} + H X_{2} O MnO X_{2} + Na X_{2} SO X_{4} + KOH$

Równanie w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem stopni utlenienia pierwiastków, które zmieniają je podczas reakcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + S IV O X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O Mn IV O X_{2} + S VI O X_{4} X^{2 -} + OH X^{-}$

Połówkowe równania reakcji:

utleniania:

$S IV O X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O S VI O X_{4} X^{2 -} + 2 e X^{-} + 2 H X^{+} ∣ \cdot 3$

redukcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + 3 e X^{-} + 2 H X_{2} O Mn IV O X_{2} + 4 OH X^{-} ∣ \cdot 2$

Zbilansowane równanie w postaci jonowej:

$2 MnO X_{4} X^{-} + 3 SO X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O 2 MnO X_{2} + 3 SO X_{4} X^{2 -} + 2 OH X^{-}$

oraz cząsteczkowej:

$2 KMnO X_{4} + 3 Na X_{2} SO X_{3} + H X_{2} O 2 MnO X_{2} + 3 Na X_{2} SO X_{4} + 2 KOH$

Probówka 2

Niezbilansowane równanie reakcji:

$KMnO X_{4} + Na X_{2} SO X_{3} + NaOH Na X_{2} MnO X_{4} + K X_{2} SO X_{4} + H X_{2} O$

Równanie w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem stopni utlenienia pierwiastków, które zmieniają je podczas reakcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + S IV O X_{3} X^{2 -} + OH X^{-} Mn VI O X_{4} X^{2 -} + S VI O X_{4} X^{2 -} + H X_{2} O$

Połówkowe równania reakcji:

utleniania:

$S IV O X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O S VI O X_{4} X^{2 -} + 2 e X^{-} + 2 H X^{+}$

redukcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + e X^{-} Mn VI O X_{4} X^{2 -} ∣ \cdot 2$

Zbilansowane równanie w postaci jonowej:

$2 MnO X_{4} X^{-} + SO X_{3} X^{2 -} + 2 OH X^{-} 2 MnO X_{4} X^{2 -} + SO X_{4} X^{2 -} + H X_{2} O$

oraz cząsteczkowej:

$2 KMnO X_{4} + Na X_{2} SO X_{3} + 2 NaOH 2 Na X_{2} MnO X_{4} + K X_{2} SO X_{4} + H X_{2} O$

Probówka 3

Niezbilansowane równanie reakcji:

$KMnO X_{4} + Na X_{2} SO X_{3} + H X_{2} SO X_{4} MnSO X_{4} + Na X_{2} SO X_{4} + K X_{2} SO X_{4} + H X_{2} O$

Równanie w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem stopni utlenienia pierwiastków, które zmieniają je podczas reakcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + S IV O X_{3} X^{2 -} + H X^{+} Mn II X^{2 +} + S VI O X_{4} X^{2 -} + H X_{2} O$

Połówkowe równania reakcji:

utleniania:

$S IV O X_{3} X^{2 -} + H X_{2} O S VI O X_{4} X^{2 -} + 2 e X^{-} + 2 H X^{+} ∣ \cdot 5$

redukcji:

$Mn VII O X_{4} X^{-} + 5 e X^{-} + 8 H X^{+} Mn II X^{2 +} + 4 H X_{2} O ∣ \cdot 2$

Zbilansowane równanie w postaci jonowej:

$2 MnO X_{4} X^{-} + 5 SO X_{3} X^{2 -} + 6 H X^{+} 2 Mn X^{2 +} + 5 SO X_{4} X^{2 -} + 3 H X_{2} O$

oraz cząsteczkowej:

$2 KMnO X_{4} + 5 Na X_{2} SO X_{3} + 3 H X_{2} SO X_{4} 2 MnSO X_{4} + 5 Na X_{2} SO X_{4} + K X_{2} SO X_{4} + 3 H X_{2} O$

Przypominamy podstawowe wiadomości dotyczące określania stopni utlenienia pierwiastków oraz bilansowania równań reakcji redoks:

Reguły dotyczące stopni utlenienia:

Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w obojętnym związku jest równa 0.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie jest równa ładunkowi tego jonu.
Tlen w związkach przyjmuje zwykle -II stopień utlenienia (w H₂O₂ -I, a w OF₂ +II).
Wodór w związkach przyjmuje zwykle +I stopień utlenienia (w wodorkach metali -I).
Metale w związkach przyjmują dodatnie stopnie utlenienia równe ich wartościowości.
Pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy 0.

Utleniacz to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków obniża stopień utlenienia.

Reduktor to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków zwiększa stopień utlenienia.

Utlenianie - proces w którym bierze udział reduktor, dochodzi w nim do zwiększenia stopnia utlenienia.

Redukcja - proces w którym bierze udział utleniacz, dochodzi w nim do obniżenia stopnia utlenienia.

Aby zapisać zbilansowane równania procesów utleniania i redukcji postępujemy zgodnie z poniższym schematem:

Ustalamy stopnie utlenienia wszystkich atomów.
Sprawdzamy, które pierwiastki zmieniły swój stopień utlenienia
Pierwiastek obniża stopień utlenienia przyjmując elektrony, a zwiększa stopień utlenienia oddając elektrony. Dopisujemy odpowiednią ilość elektronów po lewej stronie w procesie redukcji, a po prawej stronie w procesie utlenienia
Uzgadniamy ładunki po lewej i po prawej stronie dopisując jony H₃O⁺ /H⁺ lub jony OH^-, To jakich jonów możemy użyć zależy od środowiska:
- środowisko kwaśne ⇒ H₃O⁺/H⁺
- środowisko obojętne ⇒ H₃O⁺/H⁺ lub OH^- (staramy się użyć takiego jonu, aby po lewej stronie dopisać H₂O)
- środowisko zasadowe ⇒ OH^-
Sprawdzamy czy ilości atomów są takie same po lewej i po prawej stronie. Jeśli nie zgadza się ilość atomów tlenu i wodoru dopisujemy cząsteczki wody w odpowiedniej ilości po lewej lub prawej stronie.
Jeżeli ilości elektronów biorących udział w utlenianiu i redukcji są różne, to mnożymy równania przez odpowiednie liczby, tak aby ilość elektronów w utlenianiu i redukcji była identyczna.
Dodajemy stronami równanie utleniania i redukcji, a następnie porządkujemy substancje, tak aby znajdowały się po odpowiedniej stronie równania.

Dominika Struzik

Nauczycielka chemii

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.