a)

Nieuzgodnione równanie reakcji:

$\mathrm{Si}+\mathrm{NaOH}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Na}{}_2\mathrm{SiO}{}_3+\mathrm{H}{}_2\uparrow$

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

$\stackrel{0}{\mathrm{Si}}+\mathrm{OH}{}^{-}+\stackrel{\mathrm{I}}{\mathrm{H}}{}_2\mathrm{O}\to \stackrel{\mathrm{IV}}{\mathrm{Si}}\mathrm{O}{}_3{}^{2-}+\stackrel{0}{\mathrm{H}{}_2}\uparrow$

Połówkowe równania reakcji:

• utleniania:

$\stackrel{0}{\mathbf{Si}}+6O{\mathbf{H}}^{-}\to \stackrel{\mathbf{IV}}{\mathbf{Si}}{\mathbf{O}}_3^{2-}+4{\mathbf{e}}^{-}+3{\mathbf{H}}_2\mathbf{O}$

• redukcji:

$2{\stackrel{\mathbf{I}}{\mathbf{H}}}_2\mathbf{O}+2{\mathbf{e}}^{-}\to \stackrel{0}{{\mathbf{H}}_2}\uparrow +2O{\mathbf{H}}^{-}|\cdot 2$

(w powyższym równaniu - redukcji ulega jeden atom wodoru z każdej cząsteczki wody, dwa atomy wodoru, które uległy redukcji tworzą cząsteczkę wodoru H₂)

Sumujemy stronami przemnożone równania reakcji:

$\mathrm{Si}+6\mathrm{OH}{}^{-}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+4\mathrm{e}{}^{-}\to \mathrm{SiO}{}_3{}^{2-}+4\mathrm{e}{}^{-}+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+2\mathrm{H}{}_2\uparrow +4\mathrm{OH}{}^{-}$

Skracamy drobiny, które znajdują się po obu stronach równania - otrzymujemy zbilansowane równania w formie jonowej:

$\mathbf{Si}+2O{\mathbf{H}}^{-}+{\mathbf{H}}_2\mathbf{O}\to \mathbf{Si}{\mathbf{O}}_3^{2-}+2{\mathbf{H}}_2\uparrow$

 

b)

Rozstrzygnięcie: Wydzielający się gaz można zbierać w probówce wypełnionej wodą, która jest odwrócona do góry dnem.

Uzasadnienie: Wydzielającym się gazem jest wodór. Nie reaguje on z wodą i słabo się w niej rozpuszcza, więc można go zbierać w wodzie. Ma on gęstość mniejszą od gęstości wody, więc będzie zbierać się nad wodą w probówce odwróconej do góry dnem.

 

---

Wyjaśnienie:

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.