Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

REAKCJE

UTLENIANIA I

REDUKCJI

Reakcje utleniania i redukcji. Definicja stopnia utlenienia.
Reakcje oksydacyjno-redukcyjne – utleniacz i reduktor. Metody
dobierania współczynników stechiometrycznych w reakcjach redoks.
Uszeregowanie utleniaczy (jakościowo „szereg elektrochemiczny”).
Roztwarzanie metali w kwasach – metale szlachetne i nieszlachetne

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Przypomnienie:

●

Wymiana elektronów

KLASYFIKACJA REAKCJI CHEMICZNYCH

Kryterium klasyfikacji:

– reakcja Z WYMIANĄ ELEKTRONÓW – reakcja oksydacyjno -

redukcyjna

2Na + Cl

2

= 2NaCl → → 2Na

+

+ 2Cl

–

obojętne

atomy

jony

Na

+

Cl

–

Więcej na następnym wykładzie!

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Liczba elektronów wymienianych przez dany pierwiastek opisywana

jest
zmianą stopnia utlenienia tego pierwiastka

Stopień utlenienia atomu (pierwiastka) – pojęcie formalne,

oznaczające liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków
elementarnych* , jakie można by przypisać danemu atomowi
gdyby cząsteczka lub jon w którym on występuje miałby
budowę czysto jonową.

*

- ładunek elektronu

Przybliżona interpretacja stopnia utlenienia: – liczba dodatkowych

lub brakujących elektronów w stosunku do stanu wolnego danego
pierwiastka.

UTLENIANIE – wzrost stopnia utlenienia

REDUKCJA – obniżenie stopnia utlenienia

forma utleniona sodu

forma zredukowana chloru

forma zredukowana sodu

forma utleniona chloru

UTLENIANIE

REDUKCJA

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Reguły służące do wyznaczania stopnia utlenienia

1. Pierwiastki w stanie wolnym (O

2

, Ca)

0

2. Proste jony (Na

+

, Cu

2+

, Al

3+

, Cl

–

,

S

2–

)

ładunek jonu

3. Suma stopni utlenienia w cząsteczce

0

4. Suma stopni utlenienia w jonie

ładunek jonu

5. Wodór w związkach

+1

6. Tlen w związkach

2

Wyjątek: wodorki

(NaH, MgH

2

) –1

Wyjątki: nadtlenki

(H

2

O

2

)

–1

ponadtlenki (KO

2

)

– ½

fluorek tlenu (OF

2

)

+2

7. Formalny stopień utlenienia nie musi być liczbą całkowitą

i może mieć wartości ułamkowe.

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Przykłady obliczania stopni
utlenienia:

formalny

stopień

utlenienia!

b) Siarka w
S

2

O

3

2-

:

a) Siarka w
H

2

SO

3

:

H

2

S

O

3

S

2

O

3

2-

S +6

S –2

O –2

c) Żelazo w Fe

3

O

4

:

3∙x +

4∙(-2) = 0

SO

4

2-

S

2

O

3

2-

Fe +2 Fe +3

formalny

stopień

utlenieni

a!

x = +4

x = +2

FeO ∙
Fe

2

O

3

x = 8/3,

Suma stopni utlenienia w cząsteczce = 0

2∙

(1)

 1∙

x

3∙

(-2)

= 0

Suma stopni utlenienia w jonie = ładunek jonu

2·

x

 3∙

(-2)

=

2

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Reakcje w których zachodzi zmiana stopni utlenienia pierwiastków
nazywamy reakcjami oksydacyjno – redukcyjnymi (w skrócie
reakcjami „redoks”)

Zn + S = ZnS

Reakcja:

Stopnie utlenienia:

Klasyfikacja:

0

0

+2 –2

2 e

-

REDUKTOR

(dla siarki)

UTLENIACZ

(dla cynku)

Podczas reakcji oksydacyjno – redukcyjnej
REDUKTOR się utlenia, a UTLENIACZ
redukuje

REAKCJE

OKSYDACYJNO – REDUKCYJNE

"REDOKS"

Stopnie utlenienia są przydatne przy dobieraniu
współczynników stechiometrycznych reakcji "redoks"

H

2

S

-2

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

I. Metoda STOPNI UTLENIENIA

METODY DOBIERANIA WSPÓŁCZYNNIKÓW

REAKCJI "REDOKS"

NH

3

+ O

2

= NO + H

2

O

a) stopnie utlenienia znane:

+1 –2

+1

–2

0

b) stopnie utlenienia wyliczone:

–3

+2

c) pierwiastki zmieniające

stopień utlenienia:

–3

+2

UTLENIANIE

0

REDUKCJA

–2

d) liczba wymienianych

elektronów:

N

–3

N

+2

O

2

0

2O

–2

e) uzgodnienie liczby

elektronów oddanych z pobranymi:

·4

·5

f) równanie końcowe:

4

NH

3

+

5

O

2

=

4

NO +

6

H

2

O

g) sprawdzenie liczności pierwiastków

po obydwu stronach równania:

N: 4 = 4

O: 5·2 = 4 + 6

H:

4·3 = 6·2

+ 5e

–

+ 4e

–

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

II. Metoda REAKCJI POŁÓWKOWYCH –

tylko dla reakcji jonowych!

METODY DOBIERANIA WSPÓŁCZYNNIKÓW

REAKCJI "REDOKS"

C

2

H

5

OH + CrO

4

2–

+ H

+

= CH

3

COOH + Cr

3+

+ H

2

O

a) reakcja połówkowa redukcji
chromu:

Metoda reakcji połówkowych jest szczególnie przydatna gdy w reakcji
„redoks” występują substancje organiczne, gdzie trudno wyznaczyć
stopnie utlenienia.

CrO

4

2–

+ = Cr

3+

+ H

2

O

4

8H

+

– uzgodnienie

liczności
pierwiastków:

– uzgodnienie

ładunków:

–2 +8

+3

+3e

–

+3e

–

b) reakcja połówkowa utleniania
alkoholu:

C

2

H

5

OH

= CH

3

COOH

– bilans

tlenu:

+H

2

O

– bilans

wodoru:

+4H

+

– uzgodnienie

ładunków:

0

+4

+4e

–

+4e

–

C

2

H

5

OH

= CH

3

COOH

3C

2

H

5

OH + 3H

2

O = 3CH

3

COOH + 12H

+

+H

2

O

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

3C

2

H

5

OH + 4CrO

4

2–

+ 32H

+

+ 3H

2

O = 3CH

3

COOH + 4Cr

3+

+ 16H

2

O + 12H

+

– sprawdzenie bilansu ładunków (WAŻNE !!!):

O: 3 + 4·4 = 3·2 + 13

H:

3·6 + 20 = 3·4 + 13·2

CrO

4

2–

+ = Cr

3+

+ H

2

O

4

8H

+

+3e

–

+4H

+

13

+4e

–

– uzgodnienie liczby

elektronów oddanych z pobranymi:

·4

·3

4CrO

4

2–

+ 32H

+

= 4Cr

3+

+ 16H

2

O

– sumowanie reakcji połówkowych

+

– porządkowanie równania

20

– sprawdzenie liczności pierwiastków

po obydwu stronach równania:

–8 +20

+12

19 =
19

38 =
38

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Metale i jony metali jako reduktory i utleniacze

Zn

Cu

Ag

Zn

2+

Cu

2+

Ag

+

forma

zredukowana

REDUKTOR

forma

utleniona

UTLENIACZ

REDUKCJA

UTLENIANIE

Reakcje:

CuCl

2

+ Zn = Cu +

ZnCl

2

Cu

2+

+ 2Cl

–

+ Zn = Cu + Zn

2+

+

2Cl

–

- zapis cząsteczkowy

- zapis jonowy

Cu

2+

+ Zn = Cu +

Zn

2+

TAK

NIE

Cu + Zn

2+

= Cu

2+

+

Zn

2Ag

+

+ Cu = 2Ag +

Cu

2+

TAK

2Ag + Cu

2+

= 2Ag

+

+

Cu

NIE

WNIOSEK:

Ag

+

to

silniejszy
utleniacz niż
Cu

2+

Zn

2+

< Cu

2+

<

Ag

+

UTLENIACZE

Cu

Zn

WNIOSEK:

Cu

2+

to

silniejszy
utleniacz niż
Zn

2+

2HCl + Cu = H

2

+

CuCl

2

Wykład 4 – REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

SZEREG ELEKTROCHEMICZNY METALI

Li K Ca Na Al

Zn

Fe Ni Sn Pb

Cu

Ag

Hg Au

jonowo

UTLENIACZE (jako jony)

REDUKTORY (jako metale)

Cu

2+

+ Zn = Cu +

Zn

2+

Utlenianie Zn

CuCl

2

+ Zn = Cu +

ZnCl

2

2HCl + Zn = H

2

+

ZnCl

2

2H

+

+ Zn = H

2

+

Zn

2+

jonowo

UTLENIACZE

2H

+

+ Cu = H

2

+

Cu

2+

jonowo

Li K Ca Na Al

Zn

Fe Ni Sn Pb

Cu

Ag

Hg Au

WNIOSEK

: H

+

to silniejszy utleniacz niż Zn

2+

ale

słabszy niż Cu

2+

H

Metale NIESZLACHETNE

Metale SZLACHETNE

Aktywność chemiczna

Tendencja do występowania w stanie wolnym

Inny utleniacz – H

+