Treść zadania 11:

Jony FeO₄^2– mogą powstać podczas reakcji Fe(OH)₃ z jonami ClO^– w nasyconym roztworze NaOH, zilustrowanej poniższym schematem:

$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+\mathrm{ClO}{}^{-}+\mathrm{OH}{}^{-}\to \mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+\mathrm{Cl}{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

^{Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.}

Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji utleniania zachodzącej podczas opisanej przemiany. Uwzględnij środowisko reakcji. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w poniższym schemacie.

Równanie reakcji utleniania:

.................................................................................................................................................................................

 

$\dots \mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+\dots \mathrm{ClO}{}^{-}+\dots \mathrm{OH}{}^{-}\to \dots \mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+\dots \mathrm{Cl}{}^{-}+\dots \mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

 

Rozwiązanie:

Równanie reakcji utleniania:

$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+5\mathrm{OH}{}^{-}\to \mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+3\mathrm{e}{}^{-}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Sumaryczne równanie reakcji:

$2\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+3\mathrm{ClO}{}^{-}+4\mathrm{OH}{}^{-}\to 2\mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+3\mathrm{Cl}{}^{-}+5\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

 

 

---

Wyjaśnienie:

Aby zapisać równanie procesu utleniania i równanie procesu redukcji w formie elektronowo-jonowej należy:

• zidentyfikować wszystkie atomy, które zmieniają swój stopień utlenienia: Fe i Cl
• zidentyfikować reduktor (związek, jon, cząsteczkę), który/która oddaje elektrony, czyli bierze udział w procesie utleniania: FeO₄^2-
• zidentyfikować utleniacz (związek, jon, cząsteczkę), który/która przyjmuje elektrony, czyli bierze udział w procesie redukcji: ClO^-
• obliczyć ilość elektronów potrzebną do zmiany stopni utlenienia dla reduktora: 3e^-
• obliczyć ilość elektronów potrzebną do zmiany stopni utlenienia dla utleniacza: 2e^-
• dopisać środowisko reakcji, w tym przypadku jony OH^- i cząsteczki H₂O, tak aby zbilansować ładunki po obu stronach równania oraz aby zgadzała się liczba atomów po lewej i prawej stronie równania.

Reakcje utleniania i redukcji będą więc przebiegać zgodnie z równaniami:

Utlenianie:   $\stackrel{\text{III}}{\mathrm{Fe}}(\mathrm{OH}){}_3+5\mathrm{OH}{}^{-}\to \stackrel{\text{VI}}{\mathrm{Fe}}\mathrm{O}{}_4{}^{2-}+3\mathrm{e}{}^{-}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\text{/}\cdot 2$

Redukcja:   $\stackrel{\text{I}}{\mathrm{Cl}}\mathrm{O}{}^{-}+2\mathrm{e}{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Cl}{}^{-}+2\mathrm{OH}{}^{-}\text{/}\cdot 3$   

 

Wpisanie w podany schemat równania reakcji odpowiednich współczynników stechiometrycznych to innymi słowy uzgodnienie tego równania. Ponieważ jest ono zapisane w formie jonowej, wystarczy dodać stronami zapisane wcześniej równanie procesu utleniania z równaniem procesu redukcji. Należy jednak pamiętać, aby wcześniej uzgodnić ilość elektronów biorących udział w obu procesach tak, aby była taka sama. W tym celu należy:

• równanie procesu utleniania pomnożyć razy 2,

• równanie procesu redukcji pomnożyć razy 3.

Otrzymujemy wówczas:

$2\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+10\mathrm{OH}{}^{-}\to 2\mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+6\mathrm{e}{}^{-}+8\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

$3\mathrm{ClO}{}^{-}+6\mathrm{e}{}^{-}+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to 3\mathrm{Cl}{}^{-}+6\mathrm{OH}{}^{-}$

Po dodaniu równań i skróceniu odpowiednich reagentów otrzymujemy uzgodnione równanie przebiegającej reakcji:

$2\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3+3\mathrm{ClO}{}^{-}+4\mathrm{OH}{}^{-}\to 2\mathrm{FeO}{}_4{}^{2-}+3\mathrm{Cl}{}^{-}+5\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$