a)

Równanie procesu utleniania: $\mathrm{Mn}{}^{2+}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{MnO}{}_4{}^{-}+5\mathrm{e}{}^{-}+8\mathrm{H}{}^{+}|\cdot 2$

Równanie procesu redukcji: $\mathrm{PbO}{}_2+4\mathrm{H}{}^{+}+2\mathrm{e}{}^{-}\to \mathrm{Pb}{}^{2+}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}|\cdot 5$

Sumaryczne równanie reakcji: $2\mathrm{Mn}{}^{2+}+5\mathrm{PbO}{}_2+4\mathrm{H}{}^{+}\to 2\mathrm{MnO}{}_4{}^{-}+5\mathrm{Pb}{}^{2+}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

b)

Barwa roztworu
przed zajściem reakcji chemicznej	po zajściu reakcji chemicznej
bezbarwna	fioletowa

c) 

Jony chlorkowe mogą przeszkadzać w wykryciu jonów Mn²⁺ ponieważ redukują jony MnO₄^- (utleniając się do Cl₂) przez co fioletowa barwa roztworu po reakcji może nie zostać uzyskana.

d)

Liczba moli jonów Mn²⁺ w próbce jest równa:

$n_{\mathrm{Mn}{}^{2+}}=0,1\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\cdot 0,005\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}=0,0005\mathrm{mol}$

Na podstawie równania reakcji:

$2\mathrm{Mn}{}^{2+}+5\mathrm{PbO}{}_2+4\mathrm{H}{}^{+}\to 2\mathrm{MnO}{}_4{}^{-}+5\mathrm{Pb}{}^{2+}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

wiemy, że 2 mole jonów Mn²⁺ są utlenianie przez 5 moli PbO₂ czyli 5 ⋅ 239 g, obliczmy zatem jaka masa PbO₂ jest potrzebna, aby utlenić 0,0005 moli jonów Mn²⁺.

$\begin{array}{ccc}2\mathrm{mol}\mathrm{Mn}{}^{2+}& -& 5\cdot 239\mathrm{g}\mathrm{PbO}{}_2\\ & & \\ 0,0005\mathrm{mol}\mathrm{Mn}{}^2& -& x\end{array}$

$x=\frac{0,0005\mathrm{mol}\cdot 5\cdot 239\mathrm{g}}{2\mathrm{mol}}=0,3\mathrm{g}\mathrm{PbO}{}_2$

Odpowiedź. Potrzeba 0,3 g PbO₂.

 

---

Wyjaśnienie:

a)

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.

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.

b)

Mn²⁺ - bezbarwny roztwór
MnO₂ - brunatny osad
MnO₄^2- - zielony roztwór
MnO₄^- - fioletowy roztwór