cw_metoda_rownan_polowkowych.pdf

(88 KB) Pobierz
Microsoft Word - Metoda_rownan_polowkowych.doc
Metodarównańpołówkowych(zwanawliteraturzeanglosaskiejion-electron method)korzystazfaktu,Ŝew
wynikureakcjichemicznejniepowstajemakroskopowyładunekelektryczny,cooznacza,Ŝeelektronyniebędą
występowaćwbilansiemateriałowymreakcji.
Wmetodzietejosobnobilansowanajestreakcjautleniania,osobnoreakcjaredukcjiakońcowerównaniereakcji
otrzymywanejestpoprzezodpowiedniedodaniestronamiobureakcjicząstkowych.
AbyoddzielićodsiebiereakcjeutlenieniairedukcjimusimydobilansuładunkuuŜyćelektronów.Elektrony
będąwystępowaćwreakcjiutlenianiapostronieproduktów(np.Ag=Ag + +e )awreakcjiredukcjipostronie
substratów(np.Fe 2+ +2e =Fe).Wostatnimetapiemusimytakzsumowaćreakcjeutlenianiairedukcjiaby
wyeliminowaćelektrony.
W przypadku reakcji zachodzących w roztworach wodnych w środowisku kwaśnym moŜna podać prosty
schematpostępowania,któryzwykleskutecznieprowadzidocelu.
1. WśródreagentównaleŜywybraćsubstancjęktóraulegautlenieniuiproduktyjejutlenienia
2. DoprowadzićdozbilansowaniaatomówniebędącychOiHdobierającodpowiedniewspółczynnikiprzy
reagentach(wraziepotrzebyuzupełniajączestawreagentów)
3. Atomytlenuzbilansowaćdopisującpoodpowiedniejstroniecząsteczkiwody
4. Atomywodoruzbilansowaćdopisującjony H + .
5. Ładunkiobustronwyrównaćdopisującodpowiedniąliczbęelektronówe Ï .
6. Podobniepostępujemyzsubstancją,któraulegaredukcjiipiszemydlaprocesuredukcjirównanie
zbilansowaneelektronami(wgpunktów1–5)
7. DodajemydosiebieobarównaniatakprzemnoŜoneprzezliczbycałkowite,abywyeliminowaćelektrony
Przykþad 1.
Dobraćwspółczynnikidlareakcjimiędzynastępującymireagentami:
C 2 O 4 2— +MnO 4 =Mn 2+ +CO 2
Utlenianie:C 2 O 4 2— →CO 2 ,
redukcja:MnO 4 →Mn 2+
Widać,ŜeutleniaczemjestjonMnO 4 areduktoremjonszczawianowy.Zaczniemyodreakcjiutlenienia:
C 2 O 4 2— =CO 2
bilansujemyatomywęgla
C 2 O 4 2— =2CO 2
atomytlenuzapomocąH 2 O
C 2 O 4 2— =2CO 2 (niemapotrzeby4=4)
atomywodoruzapomocąH + (teŜnicniedopisujemy)iwkońcuładunekdopisującelektrony
C 2 O 4 2— =2CO 2 +2e Ï
Reakcjautlenianiagotowa.MamyjuŜpierwszapołowęzasobą.
Terazreakcjaredukcji.
MnO 4 =Mn 2+
BilansmanganujestjuŜspełniony,bilansujemytlendopisującwodę:
MnO 4 =Mn 2+ +4H 2 O
NastępnieuzgadniamyilościatomówwodoruzapomocąH + :
MnO 4 +8 H + =Mn 2+ +4H 2 O
Wkońcuładunek.Lewastrona:–1+8(+1)=7+,prawa2+.AbyzrównowaŜyćładunkimusimypostronielewej
dodać5(ujemnienaładowanych)elektronów:
MnO 4 +8H + + 5 e Ï =Mn 2+ +4H 2 O
MamywięcjuŜgotowezbilansowanereakcjezarównoutlenianiajakiredukcji.Abywyeliminowaćelektrony
musimy znaleźć wspólną wielokrotność dla liczb wymienianych elektronów (utlenianie 2e, redukcja 5e,
najmniejszawspólnawielokrotność10)idoprowadzićdosytuacji,gdzieliczbaoddanychelektronówbędzie
równaliczbiepobranychelektronów.MnoŜymywięcreakcjęutlenieniaprzezpięć(10/2)areakcjęredukcji
przezdwa(10/5)idodajemystronamidosiebie:
5C 2 O 4 2— =10CO 2 +10e Ï plus
2MnO 4 +16H + + 10 e Ï =2Mn 2+ +8H 2 O
5C 2 O 4 2— +2MnO 4 +16H + + 10 e Ï =10CO 2 +10e Ï + 2Mn 2+ +8H 2 O
Wyznaczaniewspółczynnikówwrównaniachreakcji
Metodarównańpołówkowych
Jarosþaw Chojnacki
82867336.001.png
Pouproszczeniumamywięc:
5C 2 O 4 2— +2MnO 4 +16H + =10CO 2 + 2Mn 2+ +8H 2 O
Przykþad 2.
DobraćwspółczynnikiwrównaniureakcjiutlenieniaetanoludoetanaluzapomocąK 2 Cr 2 O 7 wśrodowisku
kwasusiarkowego.
C 2 H 5 OH+K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +CH 3 CHO+H 2 O
utlenianieC 2 H 5 OH→CH 3 CHO
redukcjaK 2 Cr 2 O 7 →Cr 2 (SO 4 ) 3
Reakcjapołówkowautlenianiawymagatylkouzupełnieniaatomówwodoruiładunku:
C 2 H 5 OH=CH 3 CHO+2 H + + 2 e Ï
Reakcjapołówkowaredukcjiwymagawprowadzeniazwiązkówzawierającychbrakującepierwiastki.
K 2 Cr 2 O 7 =Cr 2 (SO 4 ) 3
Wceluuzyskaniabilansudopisujemypostronieproduktówzwiązekpotasu(K 2 SO 4 )
K 2 Cr 2 O 7 =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4
Terazbilanspotasusięzgadza,alejestjeszczesiarkawukładzie.Dopisujemywięcpostroniesubstratów
związeksiarkiH 2 SO 4 (chociaŜzwiązektennieulegautlenieniuaniredukcji).TerazmoŜemypoprawnie
zbilansowaćatomyniebędąceHiO.
K 2 Cr 2 O 7 +4 H 2 SO 4 =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4
DalejpostępujemyjuŜrutynowo.BilansatomówtlenuwprowadzamyprzyuŜyciuH 2 O:
K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7 H 2 O
Bilanswodoru
K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 +6H + =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7H 2 O
Bilansładunku
K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 +6H + +6 e Ï =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7H 2 O
ReakcjepołówkowesąjuŜgotowe.Dodajemystronamireakcjęutlenienia(potrojoną)doreakcjiredukcji:
3C 2 H 5 OH=3CH 3 CHO+6 H + + 6 e Ï
K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 +6H + +6 e Ï =Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7H 2 O
3C 2 H 5 OH+K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 +6H + +6 e Ï =3CH 3 CHO+6H + + 6 e Ï + Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7H 2 O
Pouproszczeniureagentówwystępującychpoobustronachmamy:
3C 2 H 5 OH+K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 =3CH 3 CHO+ Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +7H 2 O
UWAGI:
1. Oczywiście kolejność bilansowania nie odgrywa roli i moŜna zacząć od bilansu reakcji połówkowej
redukcji.
2. Wprzypadku,gdywiemy,Ŝereakcjazachodziwśrodowiskuzasadowymwystarczydodaćdoobustron
równaniajonyOH wilościtakiejsamejjakliczbajonówH + .WówczaswmiejscujonówH + otrzymamy
cząsteczkiwody,apodrugiejstronierównaniapozostanąjonyOH ,zapewniającodpowiednieśrodowisko.
3. PiszącjonyH + naleŜypamiętać,Ŝewroztworzewodnymwystępujewyłącznieichmniejlubbardziej
uwodnionawersjaawięcH 3 O + czyH(H 2 O) 4 + .Dlauproszczeniabilansupozostaniemyprzyskrótowym
oznaczeniuH + ,mimoŜeprotonyniemogąwystępowaćsamodzielniewroztworzewodnym.
4. Metodatazasadniczoniewymagaznajomościstopniutlenieniapodwarunkiem,Ŝeudanamsięustalićjakie
substancje ulegają przemianom redoks. Tym niemniej liczba elektronów wymienianych w reakcji
połówkowejmusisięzgadzaćzliczbąelektronówobliczonąmetodą„klasyczną”.Wprzykładzie1Mn(VII)
przechodziłnaMn(II)ipobrał5elektronów.MoŜetostanowićpotwierdzeniepoprawnościbilansu.
5. MetodarównańpołówkowychjestdośćŜmudnaidługa.Wwiększościprzypadkówklasycznametoda
„strzałkowa” przy zastosowaniu stopni utlenienia szybciej prowadzi do wyznaczenia współczynników
stechiometrycznych równania. MoŜna ją natomiast polecić dla trudniejszych przypadków (utlenianie
substancjiorganicznych,związkioułamkowychstopniachutlenieniaitp.).
82867336.002.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin