KE4 - Hapetus-pelkistysreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Hapetus- ja pelkistysreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Metallien jännitesarja

Hapetus-pelkistysreaktioiden tasapainottaminen

Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb

puolireaktioiden avulla

H

Cu Hg Ag Au

Epäjalot metallit

Jalometallit

ESIM. Tasapainota reaktioyhtälö

• hapettuvat happoliuoksissa vetyä vapauttaen
• esiintyvät luonnossa vain yhdisteinä

• hapettuvat vain hapettavilla hapoilla
• molekyylistä pelkistyy joku muu atomi kuin vety, esim. HNO ja H SO
• louhitaan puhtaina alkuaineina

3

2

4

Reaktioyhtälössä klooriatomit hapettuvat ja kromiatomit pelkistyvät:

ESIM. 1.

a) sinkin ja hopeanitraattiliuoksen reaktio

3

b) kuparin ja sinkkisulfaattiliuoksen reaktio

ESIM. 2. Mitkä seuraavista metalleista reagoivat

HCl:n kanssa tuottaen vetykaasua?

Cu Zn Mg Ag

Vast.

2. Mitkä metallit reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen?

• verrataan hapettumispotentiaalia vedyn pelkistyspotentiaaliin:

• jos potentiaalien summa
• E = epänegatiivinen, niin reaktio tapahtuu
• E = negatiivinen, niin reaktiota ei tapahdu

Hapetus-pelkistysreaktioiden tasapainottaminen

Esim. 3. Reagoiko

a) kalsium

b) rauta

vetyä vapauttaen veden kanssa?

a)

hapetuslukumenetelmällä

b)

Vast: kyllä reagoi

E = 2,04 V

Hapetus-pelkistysreaktiossa luovutettujen ja vastaanotettujen elektronien lukumäärän tulee olla sama!

Vast: ei reagoi

E = -0,38 V

1) Selvitetään hapetuslukujen muutosten avulla, mikä alkuaine hapettuu ja mikä pelkistyy.

Esim. 4. Osoita normaalipotentiaalien avulla, että

lyijy reagoi suolahapon kanssa, mutta

elohopea ei.

potentiaalien summa

1. Mitkä metallit reagoivat veden kanssa vetykaasua vapauttaen?

2) Tasapainotetaan siirtyvien elektronien määrä hapettuvan ja pelkistyvän aineen osalta.

E = 0,13 V

potentiaalien summa

3) Tasapainotetaan muiden atomien määrät.

Normaalipotentiaalien käyttö hapetus-pelkistysreaktioita ennustettaessa

E = -0,85 V

Esim. 8 Tasapainota reaktioyhtälö

Koska lyijyn ja suolahapon välisen reaktion potentiaalien summa on positiivinen, tapahtuu reaktio itsestään.

• verrataan metallin hapettumisreaktion potentiaalia E veden pelkistymisreaktion

potentiaaliin E

h

1. Mitkä metallit reagoivat veden kanssa vetykaasua vapauttaen?

+I

-II

+II

-II

+III

+II

+VII

+I

p

4) Ionireaktiota tasapainotettaessa varmistetaan, että sähkövaraukset ovat yhtä suuret yhtälön molemmin puolin.

Hapetuslukujen laskeminen

• jos , niin reaktiossa vapautuu vetyä

Rauta hapettuu, mangaani pelkistyy:

• jos < 0, niin reaktiota ei tapahdu

1) Alkuaineen hapetusluku on nolla.

4) Hapen hapetusluku on -II,

paitsi peroksideissa -I.

7

2

5

2

3

1

3. Miksi jotkin metallit liukenevat vain typpihappoon?

2. Mitkä metallit reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen?

2) Yksiatomisen ionin hapetusluku on

sama kuin ionin varaus.

5

4

8

5

5) Molekyyli- ja ioniyhdisteissä hapetuslukujen summa on nolla.

3. Miksi jotkut metallit liukenevat vain typpihappoon?

• typpihapon vesiliuoksessa on vety- ja nitraatti-ioneja, joista vetyionit eivät osallistu reaktioon

3) Vetyatomin hapetusluku on aina +I,

kun se on liittyneenä epämetalliatomiin.

nitraatti-ionin typpi pelkistyy

Esim. 6. Perustele normaalipotentiaalien

avulla, mikä seuraavista on paras

hapetin:

• typpihappo voi olla joko väkevää (1) tai laimeaa (2), joten saadaan 2 pelkistysreaktiota

6) Moniatomisilla ioneilla hapetuslukujen summa on yhtä suuri kuin ionin varaus.

4. Onko aine hyvä hapetin vai pelkistin?

Bromidi-ionit ja kulta-atomit ovat jo valmiiksi pelkistyneessä muodossa, joten ne eivät voi enää pelkistyä.

Metalliin liittyneen vedyn hapetusluku on -I.

Nyt kloorimolekyylillä on happimolekyyliä suurempi pelkistymispotentiaali, joten kloori on paras hapetin.

• tutkittaessa metallin liukenemista typpihappoon, lasketaan potentiaalien summa E ja jos se on epänegatiivinen, reaktio tapahtuu.

0

Esim. 5. Osoita

normaalipotentiaalien

avulla, että hopea liukenee

typpihappoon.

Hopean hapetuspotentiaali

Nitraatti-ionin pelkistyspotentiaalit

Esim. 7. Merkitse alkuaineiden

hapetusluvut seuraaviin kaavoihin.

4. Onko aine hyvä hapetin vai pelkistin?

Laimeassa typpihappoliuoksessa E = +0,16 Väkevässä typpihappoliuoksessa E = 0,00 V

+II

-II

• mitä positiivisempi pelkistymisreaktion normaalipotentiaalin arvo on, sitä parempi hapetin se on

Molemmat arvot ovat epänegatiivisia, joten hopea liukenee typpihappoon.

• mitä negatiivisempi pelkistymisreaktion normaalipotentiaalin arvo on, sitä parempi pelkistin se on

+III

-I

+I

+IV

-IV

-I

• aine, jolla on suurempi pelkistymisreaktion normaalipotentiaalin arvo, voi aina hapettaa normaalipotentiaaliltaan pienemmän aineen, ellei se ole jo hapettuneessa muodossa