Fő tartalom
Kémia
Tantárgy/kurzus: Kémia > 2. témakör
5. lecke: A kémiai reakciók típusai- Redoxireakciók
- Kidolgozott mintafeladat: Az oxidáció és a redukció azonosítása az oxidációs számok segítségével
- Redoxiegyenletek rendezése
- Oldódás és csapadékképződés
- Cserebomlás
- Helyettesítési (szubsztitúciós) reakciók
- Teljes és nettó ionegyenletek
- Teljes és nettó ionegyenletek
© 2023 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés
Redoxiegyenletek rendezése
Bevezetés
Az oxidációs-redukciós reakciók avagy redoxireakciók olyan reakciók, melyekben elektronátmenet történik különböző kémiai részecskék között (olvasd el ezt a tananyagot a redoxireakciókról, ha szükséged van egy kis emlékeztetőre). A redoxireakciók egyenleteiben a tömeget és a töltést is ki kell egyenlíteni, ezért az egyenletrendezés kicsit nehezebb lehet. Ebben a cikkben megtanuljuk a félreakciókkal történő rendezés módszerét, ami sokat segíthet a vizes oldatokban lezajló reakciók egyenletének rendezésében.
Redoxireakciók rendezése félreakciók segítségével
A félreakciókkal történő rendezéshez az egyenletet először felosztjuk két félreakcióra: az egyik az oxidáció, a másik a redukció. Ezután a félreakciók egyenleteit rendezzük tömeg és töltés szerint, majd ha kell, egyenlővé tesszük a kettőben a résztvevő elektronok számát. Végül a félreakciók egyenleteit összeadjuk, ezzel kapjuk meg a reakció teljes (bruttó) rendezett egyenletét.
Nézzük meg egy egyszerű redoxireakció példáján, hogyan is működik ez a módszer. Vizsgáljuk meg például a ion és a fémnikkel reakcióját:
Rendezve van-e ez az egyenlet? A tömeg szempontjából láthatóan igen, mivel az egyenlet mindkét oldalán egy -atom és egy -atom található. Ellenben nincs rendezve a töltés szempontjából: a bal oldalon az össztöltés , míg a jobb oldalon . A töltések rendezését a félreakciók módszerével fogjuk elvégezni.
Először válasszuk szét az egyenletet külön oxidációs, illetve redukciós félreakciókra:
Oxidációs félreakció: az oxidációs félreakció az oxidációs lépésben részt vevő kiindulási anyagokat és termékeket mutatja. Mivel a oxidálódik -ionná, kezdhetjük azzal, hogy felírjuk ezt a lépést:
Ez azonban nem a teljes oxidációs félreakció! Ahogy a bruttó egyenlet, ez a félreakció is csak tömegre van rendezve, töltésre nincs. Rendezhetjük a töltéseket is azzal, ha az egyenlet jobb oldalához hozzáadunk két elektront. Így a töltések összege az egyenlet mindkét oldalán lesz.
Most, hogy az oxidációs félreakciót rendeztük, ez elárulja nekünk, hogy minden nikkelatom oxidálásakor két elektron keletkezik. De hova mennek ezek az elektronok? Követhetjük az útjukat a redukciós félreakcióig.
Redukciós félreakció: a redukciós félreakció a redukciós lépésben résztvevő kiindulási anyagokat és termékeket tartalmazza. Jelen esetben az egyenlettel a -vé történő redukálódását kell leírnunk. A töltésegyensúly miatt az egyenlet bal oldalán egy elektronnak is kell lennie.
A redukciós félreakció rendezett egyenlete elárulja, hogy minden -ion redukálásához egy elektronra van szükség. Fontos tudnunk, hogy ez az elektron az oxidációs félreakcióból származik.
A következő lépésben össze kell adnunk a rendezett félreakciókat, hogy megkapjuk a rendezett bruttó egyenletet. Először azonban meg kell arról bizonyosodnunk, hogy az elektronok kiesnek, amikor a félreakciókat összeadjuk (nem úszkálhatnak kóbor elektronok az oldatban). Most az oxidációs félreakció két elektron átmenetét tartalmazza, míg a redukciós félreakció csak egy elektronét. Ezért a redukciós félreakció egyenletét meg kell szoroznunk -vel.
Most már összeadhatjuk a két félreakciót, mivel az elektronokkal egyszerűsíthetünk:
Az így kapott egyenlet mindkét oldalán ugyanannyi van mindkét atomból ( és ), továbbá az össztöltés is megegyezik mindkét oldalon ( ). Ez együttvéve azt is jelenti, hogy tömeg és töltés szempontjából is rendezve van az egyenlet!
Redoxiegyenletek rendezése savas vagy lúgos oldatban
Az előbb a félreakciók módszerével rendeztünk egy egyszerű redoxiegyenletet. Sok vizes oldatban lejátszódó redoxireakció azonban bonyolultabb a fenti példánál. Előfordul, hogy hozzá kell adnunk -molekulákat és -ionokat (savas oldatban lejátszódó reakciók esetén) vagy -ionokat (lúgos oldatban lejátszódó reakciók esetén), hogy kielégítő módon rendezhessük az egyenletet. Az első példa ezt mutatja meg savas oldatban lejátszódó reakció esetén, a második pedig egy lúgos oldatban lejátszódó reakció esetén.
1. példa: Savas oldatban lejátszódó redoxireakció egyenletének rendezése
Rendezzük a réz és a nitrátion savas oldatban lejátszódó reakciójának egyenletét!
Alkalmazzuk a félreakciók imént megtanult módszerét! Mivel savas az oldat, -ionokat és -molekulákat is alkalmazhatunk a rendezés érdekében.
1. lépés: osszuk ketté az egyenletet félreakciókra
Kezdjük azzal, hogy a rendezetlen egyenletet két félreakcióra osztjuk:
Figyeljünk rá, hogy egyik félreakció sincs még rendezve! Ezt a következő lépésben fogjuk megtenni.
2. lépés: rendezzük mindkét félreakciót tömeg és töltés szerint
Az oxidációs félreakció tömegre már rendezve van, csak a töltéssel kell foglalkoznunk. Ha az egyenlet jobb oldalához adunk két elektront, az össztöltés mindkét oldalon lesz:
Nézzük, mi a helyzet a redukciós félreakcióval! Ebben az atomok és a töltések száma is különbözik a két oldalon. Először rendezzük atomszám szerint: láthatjuk, hogy a -atomok már rendezve vannak (az egyenlet mindkét oldalán egy van). Viszont az -atomok még nincsenek rendezve. Az -atomokat úgy rendezhetjük, hogy hozzáadunk egy -molekulát az egyenlet jobb oldalához:
Így viszont megjelent két többlet -atom az egyenlet jobb oldalán. Mivel a reakció savas oldatban történik, a rendezéshez két -iont adhatunk a bal oldalhoz:
Most rendezzük az egyenletet töltés szerint is! Ehhez egy elektront kell beírnunk az egyenlet bal oldalára, így az össztöltés mindkét oldalon lesz.
3. lépés: rendezzük az egyenletet az átadott elektronok számára nézve
Mivel az oxidációs félreakcióban két elektron távozik, a redukciósban pedig csak egy elektron felvétele történik meg, a redukciós félreakció egyenletét meg kell szoroznunk -vel.
4. lépés: adjuk össze a félreakciókat
A két félreakció összeadásával, az elektronok egyszerűsítésével a következőt kapjuk:
Ezzel készen is vagyunk! Ellenőrizve megállapíthatjuk, hogy minden atomból ugyanannyi van az egyenlet mindkét oldalán ( , , , and ) valamint az össztöltés is azonos a két oldalon ( ), tehát az egyenlet rendezve van!
2. példa: Lúgos oldatban lejátszódó redoxireakció egyenletének rendezése
Rendezzük a permanganát- és a jodidion lúgos oldatban lejátszódó reakciójának egyenletét!
Rendezzük ezt az egyenletet is a félreakciók módszerével! Most csak -ionokat és -molekulákat használhatunk az egyenletrendezésben, mivel a reakció lúgos oldatban játszódik le.
1. lépés: osszuk ketté az egyenletet félreakciókra
Ebben a reakcióban a jodidion oxidálódik és a permanganátion redukálódik.
2. lépés: rendezzük mindkét félreakciót tömeg és töltés szerint
Kezdjük az oxidációs félreakcióval. Ezt mind atomszám, mind töltésszám szerint rendezni kell. Először írjunk egy -es együtthatót a elé, hogy atomszám szerint rendezve legyen az egyenlet:
Ezt követően adjunk két elektront az egyenlet jobb oldalához, hogy a töltésszám is rendezve legyen:
Következzen a redukciós félreakció, melyet szintén rendezni kell mind atomszám, mind töltésszám szerint. Kezdjük az atomszámokkal: mivel az egyenlet mindkét oldalán egy-egy -atom van, csak az -atomokkal van dolgunk. Elkezdhetnénk próbálgatással hozzáadni az egyenlethez -ionokat és -molekulákat, de ez bonyolult és időrabló munka lenne. Ehelyett rendezzük a félreakciót úgy, mintha az savas oldatban történne:
Ezután adjunk mindkét oldalhoz annyi -iont, amennyivel semlegesíthetjük a ionokat.
Figyeljük meg, hogy a - és -ionok a bal oldalon új -molekulákat hoztak létre, majd egyszerűsítettünk azokkal a -molekulákat, melyek az egyenlet mindkét oldalán megjelentek.
Végül rendezzük a félreakciót töltés szerint is! Ehhez az egyenlet bal oldalára még három elektront kell beírnunk, így az össztöltés mindkét oldalon lesz.
3. lépés: rendezzük az egyenletet az átadott elektronok számára nézve
Ahhoz, hogy a két félreakcióban ugyanannyi elektron átadása szerepeljen, az oxidációs félreakció egyenletét -mal, a redukciósét pedig -vel kell megszoroznunk. Így mindkét félreakcióban hat elektron fog szerepelni.
4. lépés: adjuk össze a félreakciókat
Végül adjuk össze a két félreakciót, biztosítva ezzel, hogy az elektronok mind kiesnek:
Láthatjuk, hogy az egyenlet mindkét oldalán , , és atom van, valamint az össztöltés . Tehát az egyenlet rendezve van.
Összefoglalás
A félreakciók módszerét a vizes oldatban lejátszódó redoxireakciók egyenletének rendezésére használhatjuk. A redoxiegyenletet két félreakcióra választjuk szét, az egyikben történik az oxidáció, a másikban a redukció. Mindkét félreakciót rendezzük mind atomszám, mind töltésszám szerint, majd összeadjuk a két egyenletet megfelelő együtthatókkal megszorozva, hogy a bennük szereplő elektronok kiessenek. Bonyolultabb redoxiegyenletek rendezésénél előfordul, hogy hozzá kell még adnunk az egyenlethez -ionokat és -molekulákat (ha a reakció savas közegben zajlik), illetve -ionokat és -molekulákat (ha a reakció lúgos közegben zajlik).
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.