a)

$2\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_2{}^{-}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to 2\stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_3{}^{-}+4\mathrm{H}{}^{+}+4\mathrm{e}{}^{-}$

reakcja: utleniania

$\stackrel{\mathrm{VI}}{\mathrm{Cr}}{}_2\mathrm{O}{}_7{}^{2-}+14\mathrm{H}{}^{+}+6\mathrm{e}{}^{-}\to 2\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{Cr}}{}^{3+}+7\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

reakcja: redukcji.

 

b)

Sumaryczne równanie reakcji w formie jonowej skróconej:

$3\mathrm{NO}{}_2{}^{-}+\mathrm{Cr}{}_2\mathrm{O}{}_7{}^{2-}+8\mathrm{H}{}^{+}\to 3\mathrm{NO}{}_3{}^{-}+2\mathrm{Cr}{}^{3+}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

c)

$n_{\text{utleniacza}}:n_{\text{reduktora}}=1:3$

 

---

Wyjaśnienie:

Aby otrzymać sumaryczne równanie reakcji, równania połówkowe z treści zadania przemnażamy w taki sposób aby ilość elektronów wymienianych w obu reakcjach była taka sama:

$2\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_2{}^{-}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to 2\stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_3{}^{-}+4\mathrm{H}{}^{+}+4\mathrm{e}{}^{-}|\cdot 3$

$\stackrel{\mathrm{VI}}{\mathrm{Cr}}{}_2\mathrm{O}{}_7{}^{2-}+14\mathrm{H}{}^{+}+6\mathrm{e}{}^{-}\to 2\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{Cr}}{}^{3+}+7\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}|\cdot 2$

Po obustronnym dodaniu równań oraz skróceniu nadmiarowych drobin otrzymujemy:

$6\mathrm{NO}{}_2{}^{-}+2\mathrm{Cr}{}_2\mathrm{O}{}_7{}^{2-}+16\mathrm{H}{}^{+}\to 6\mathrm{NO}{}_3{}^{-}+4\mathrm{Cr}{}^{3+}+8\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Zauważamy, że ilości wszystkich drobin są wielokrotnością liczby 2, a więc równanie należy jeszcze skrócić:

$3\mathrm{NO}{}_2{}^{-}+\mathrm{Cr}{}_2\mathrm{O}{}_7{}^{2-}+8\mathrm{H}{}^{+}\to 3\mathrm{NO}{}_3{}^{-}+2\mathrm{Cr}{}^{3+}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Rolę utleniacza w reakcji pełni anion dichromianowy(VI), natomiast reduktora anion azotanowy(III).

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

Reguły dotyczące stopni utlenienia:

1. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w obojętnym związku jest równa 0.
2. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie jest równa ładunkowi tego jonu.
3. Tlen w związkach przyjmuje zwykle -II stopień utlenienia (w H₂O₂ -I, a w OF₂ +II).
4. Wodór w związkach przyjmuje zwykle +I stopień utlenienia (w wodorkach metali -I).
5. Metale w związkach przyjmują dodatnie stopnie utlenienia równe ich wartościowości.
6. 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:

1. Ustalamy stopnie utlenienia wszystkich atomów.

2. Sprawdzamy, które pierwiastki zmieniły swój stopień utlenienia

3. 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

4. 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^-

5. 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.

6. 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.
   
   
7. Dodajemy stronami równanie utleniania i redukcji, a następnie porządkujemy substancje, tak aby znajdowały się po odpowiedniej stronie równania.