Úprava koeficientů oxidoredukčních rovnic Má-li být zápis chemické rovnice úplný (a použitelný například pro výpočty), musejí být počty molekul látek v chemické rovnici vyjádřeny takovými stechiometrickými koeficienty, aby počet atomů daného druhu na levé a na právě straně rovnice byl stejný. Nalézt stechiometrické koeficienty může být u složitějších redoxních dějů komplikované, takže vyžaduje určitý sled kroků. Důležité je dodržovat některá pravidla, týkající se oxidačních čísel: 1. Prvek v základním stavu (nesloučen s jiným druhem prvku) má vždy oxidační číslo rovno : Fe, Cu, 2, H2 atd. 2. Vodík má ve většině sloučenin oxidační číslo (), v hydridech pak ( 1). 3. Kyslík má ve většině sloučenin oxidační číslo ( 2). 4. Alkalické kovy (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) mají oxidační číslo () a kovy alkalických zemin (Be, Ca, Mg, r, Ba, Ra) typicky (). Příklad 1 xidace chloridu cínatého chloridem železitým: n 2 3 = n 4 2 a) Vyznačit oxidační čísla všech prvků v rovnici: n 2 +3 3 = n +4 4 2 b) Pod rovnici vypsat prvky, u nichž se změnilo oxidační číslo a zaznamenat počet vyměněných elektronů: (oxidace) n 2+ e - n 4+ (redukce) Fe 3+ e - Fe 2+ c) Počet přijatých a odevzdaných elektronů se musí rovnat. devzdány byly 2 elektrony, přijat jeden, proto je třeba spodní reakci (se železem) vzít dvakrát. Koeficient (2) se pak do rovnice zapíše ke sloučeninám, kde se vyskytuje Fe 3+ (Fe 3 ) a také Fe 2+ (Fe 2 ).Tím jsou do rovnice dosazeny základní stechiometrické koeficienty a je-li to potřebné (v tomto jednoduchém případě nikoliv), dopočítají se další koeficienty. Vychází se z koeficientů, které jsou už bezpečně známé. n 2+ e - n 4+ Fe 3+ e - Fe 2+ / 2 n 2 + 2 Fe 3 = n 4 + 2 Fe 2
Příklad 2 xidace chlorovodíku oxidem manganičitým na chlór, chlorid a vodu. Určíme Mn +4 2 + H = 2 2 Mn 4+ e - Mn 2+ 1- e - / 2 = 4 Mn 2 + 4 H = 2 2 + 2 H 2 Přijaty byly 2 elektrony, odevzdán 1, takže redoxní pár chlóru je třeba uvažovat dvakrát. Jenže v rovnici jsou přítomny další dva atomy chloru, u kterých se mocenství reakcí nezměnilo (v molekule Mn 2 ), takže tyto dva atomy nejsou zahrnuty do výpočtu redox děje a musíme je přičíst dodatečně. Proto na levé straně rovnice musíme uvažovat ne 2, ale 4 ionty, tj. 4 molekuly H. Na závěr se dopočítá voda koeficient 4 H je už definitivní, takže 4 vodíkové atomy, které jsou k dispozici, poskytnou celkem 2 molekuly vody. Příklad 3 Hořením oxidu siřičitého vzniká oxid sírový. Určíme +4 2 + 2 = 3 4+ e - 6+ e - 2-2 2 + 2 = 2 3 Přijaty byly 2 elektrony, odevzdány 2, základní poměr je tedy vyrovnaný. Jenže v rovnici je jedna molekula kyslíku 2 redukována (přijímá elektrony) dvěmi atomy síry. Tento koeficient (2) připíšeme v rovnici ke sloučeninám síry na pravé i levé straně rovnice. Příklad 4 Zinek vytěsňuje s kyseliny sírové vodík. Určíme Zn + H 2 = H2 + Zn H e - H / 2 Zn e - Zn 2+ Zn + H 2 4 = H 2 + Zn 4
Přijaty byly 2 elektrony, odevzdán 1, redox pár vodíku vezmeme tedy dvakrát. V rovnici se tento koeficient neobjeví neboť poměr reagujících atomů zinku a vodíku přímo odpovídá výpočtu (1:2). Příklad 5 xidace železnaté soli manganistanem v kyselém prostředí H 2 4. Určíme K Mn +7 4 = K2 2 +3 ( ) 3 Mn 7+ +5e - Mn 2+ Fe 2+ e - 2 Fe 3+ / 5 2 Mn 1 Fe 2 KMn 4 + 1 Fe 4 + H 2 4 = K 2 4 + 2 Mn 4 + 5 Fe 2 ( 4 ) 3 + H 2 Přijato bylo 5 elektronů, odevzdán 1, proto redoxpár železa je třeba vzít pětkrát. Všude je tedy nutné uvažovat 5 atomů železa; na pravé straně rovnice je však molekula Fe 2 ( 4 ) 3, kde je sudý počet atomů železa, takže zde není možné uplatnit stechiometrický koeficient 5. Musíme tedy vše převést na sudá čísla tím, že oba redoxpáry vynásobíme dvěma. Tím dostaneme na každé straně rovnice 2 atomy Mn a 1 atomů Fe to jsou základní stechiometrické koeficienty. Rovnici je třeba ještě dopočítat, přičemž musíme vyjít z těch sloučenin, kde k danému prvku už definitivně známe stechiometrické koeficienty. Na levé straně rovnice jsou definitivně 2 atomy K, takže vpravo bude 1 molekula K 2 4. Na pravé straně rovnice nyní známe už konečný počet síranových zbytků 4 2- : je jich celkem 18. Vlevo je 1 těchto zbytků v molekule Fe 4, proto je na levé straně rovnice třeba uvažovat 8 molekul H 2 4. Na levé straně rovnice je nyní celkem 16 H atomů v kyselině sírové, proto na pravé straně rovnice zapíšeme 8 H 2. 2 KMn 4 + 1 Fe 4 + 8 H 2 4 = K 2 4 + 2 Mn 4 + 5 Fe 2 ( 4 ) 3 + 8 H 2 Příklad 6 - Disproporcionace Disproporcionace je děj, při kterém se daný prvek zčásti oxiduje a zároveň zčásti redukuje, takže z prvku ve středním oxidačním čísle vznikne tento prvek v nižším a ve vyšším oxidačním čísle. Při disproporcionaci doplňujeme koeficienty zprava doleva. Příkladem může být disproporcionace chlóru v horkém roztoku KH. Určíme 2 + K H = K +5 3 + K Z elementárního chlóru vzniká chlorečnan ( +5 ) a chlorid ( ); vypíšeme tedy redoxpáry a počty vyměněných elektronů: -5e - 5+ / 1 e - 1- / 5
3 2 + 6 KH = 1 K 3 + 5 K + H 2 devzdáno bylo 5 elektronů, přijat jeden, proto je třeba redoxpár s jednomocným chlórem vzít pětkrát. Na pravé straně rovnice je nyní 6 atomů chlóru, proto musí být nalevo 3 2. Vpravo je celkem 6 atomů K, takže nalevo zapíšeme 6 KH. Nyní je vlevo celkem 6 vodíků, proto vpravo zapíšeme 3 molekuly vody. Příklad 7 - ynproporcionace ynproporcionace je opakem disproporcionace, to znamená, že z prvku ve vyšším a nižším oxidačním čísle vzniká tento prvek ve středním oxidačním čísle. Při synproporcionaci doplňujeme koeficienty zleva doprava. Příkladem může být oxidace manganaté soli manganistanem v neutrálním prostředí. Určíme K Mn +7 4 = Mn +4 2 + K2 Mn 7+ +3e - Mn 4+ / 2 Mn 2+ e - Mn 4+ / 3 2 KMn 4 + 3 Mn 4 + 2 H 2 = 5 Mn 2 + K 2 4 + 2 H 2 4 Přijaty byly 3 elektrony, odevzdány dva, proto redoxpár s Mn +7 vezmeme dvakrát a redoxpár s Mn třikrát. Nyní je levé straně rovnice celkem 5 atomů Mn, proto napíšeme vpravo 5 Mn 2. Nyní rovnici dopočítáme: Vlevo je definitivní počet atomů K celkem 2, takže vpravo bude 1 molekula K 2 4. Na levé straně rovnice jsou 3 zbytky 4, pravá strana rovnice má 1 v síranu draselném, takže zbývá dopsat 2 v podobě molekul kyseliny sírové. Ve dvou molekulách kyseliny sírové jsou celkem 4 vodíkové atomy, proto vlevo dopíšeme 2 molekuly vody. Cvičení: 1. K 2 + K 3 + H 2 4 = K 2 4 + 2 + H 2 2. AsH 3 + I 2 + KH = K 3 As 4 + KI + H 2 3. Fe + HN 3 = Fe(N 3 ) 3 + N 2 + H 2 4. I 2 + HN 3 = HI 3 + N + H 2 5. Al 2 3 + C + 2 = Al 3 + C 6. Mn 2 7 = Mn 2 + 2 7. Mn 3 4 + Al = Mn + Al 2 3 8. K 3 + H 2 = K + H 2 4 9. Cu + HN 3 = Cu(N 3 ) 2 + H 2 4 + N 2 + H 2 1. Cr 3 + As 2 3 + H + H 2 = Cr 3 + H 3 As 4
Výsledky: Chemické rovnice