Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego- Zadanie 14.51: Zbiór zadań maturalnych Część 2. Poziom rozszerzony

Rozwiązanie

Uzupełniony schemat doświadczenia:

W obu probówkach doszło do odbarwienia fioletowego roztworu i wytrącenie brunatnego osadu.

II.

Równanie procesu utleniania:

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

Równanie procesu redukcji:

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

III.

Równanie reakcji zachodzącej w probówce II:

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

Wyjaśnienie:

Manganian(VII) potasu jest związkiem, który reaguje z reduktorami, czyli substancjami zawierającymi pierwiastek, który może zwiększyć stopień utlenienia. W zestawie I taką substancją jest K₂SO₃ (siarka na +IV stopniu utlenienia, może utlenić się do siarki na +VI stopniu utlenienia), a w zestawie II MnSO₄ (mangan na +II stopniu utlenienia, może utlenić się do manganu na +IV, +VI lub + VII stopniu utlenienia).

Produkt redukcji jonu MnO₄^- jest zależny od środowiska reakcji:

środowisko kwasowe -> bezbarwny jon Mn²⁺
środowisko obojętne -> brunatny osad MnO₂
środowisko zasadowe -> zielony jon MnO₄^2-

W doświadczeniu użyto wodnego roztworu KMnO₄ o odczynie obojętnym, przez co w wyniku reakcji roztwór odbarwił się i wytrącił się brunatny osad.

II.

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.

III.

W celu zapisania równania reakcji, można skorzystać z bilansu jonowo-elektronowego:

Utlenianie: $Mn II X^{2 +} + 2 H X_{2} O Mn IV O X_{2} + 4 H X^{+} + 2 e X^{-} ∣ \cdot 3$

Redukcja: $MnO X_{4} X^{-} + 3 e X^{-} + 2 H X_{2} O MnO X_{2} + 4 OH X^{-} ∣ \cdot 2$

Zbilansowane równanie: $3 Mn X^{2 +} + 2 MnO X_{4} X^{-} + 2 H X_{2} O 5 MnO X_{2} + 4 H X^{+}$

Piotr Kuczyński

Nauczyciel chemii

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.