Algoritme til opstilling af oxidation-reduktion reaktionsligninger

Del 2.
TEMA 5. Algoritme for opstilling af redoxreaktionsligninger

Ved opstilling af redoxreaktionsligninger skal man følge en bestemt rækkefølge:

1. Find oxidationsmiddel og reduktionsmiddel blandt reaktanterne

Først og fremmest skal man fastlægge oxidationstrin for alle elementer og sammenligne deres redoxegenskaber.

2. Skriv reaktionsprodukterne

Korrekt bestemmelse af reaktionsprodukterne kræver kendskab til atomernes struktur, deres egenskaber og egenskaberne af deres forbindelser. Det er vigtigt at huske, at i interatomære og intermolekylære redoxreaktioner frigives frit ilt som regel ikke. Iltfrigivelse forekommer ved reaktioner mellem peroxider og stærke oxidationsmidler, samt i visse reaktioner med ozon og fluor. Eksempler:

2KMnO4 + 5Na2O2 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2↑ + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8H2O
SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2↑
PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2↑

I andre tilfælde bindes iltatomerne fra oxidations- eller reduktionsmidlet til vandmolekyler i nærvær af H+-ioner, f.eks.:

HNO2 + HI = NO + I2 + H2O

Basiske medier skabes normalt med KOH- eller NaOH-opløsninger. I basisk miljø dannes der ikke syrer eller sure oxider, men salte. For at undgå fejl, bør man først skrive produkterne for oxidation og reduktion og derefter de øvrige stoffer, hvis oxidationstrin ikke ændres under reaktionen.

Således bestemmes reaktionsprodukterne af reaktionsbetingelserne og arten af oxidations- og reduktionsmidlet. Nedenfor vises skemaer over redoxreaktioner for mangan- og chromforbindelser i forskellige medier samt for salpetersyre og svovlsyre.

Salpetersyre. Ved reaktion mellem salpetersyre og metaller afhænger produkterne af syrekoncentration og metallernes reaktivitet. Produkterne inkluderer nitrater, vand og forskellige reduktionsprodukter som vist i tabellen:

Metaller
Koncentration af HNO3

60 %
30–60 %
< 60 %

Aktive metaller (Li – Zn)
NO, NO2
NO2, N2, N2O
N2, NH3, ammoniumsalte

Middelaktive metaller (Cr – Sn)
Reagerer ikke
NO, NO2, N2O, NH3
NO, NO2, N2O, NH3

Lavaktive metaller (Pb – Ag)
NO2
NO
Reagerer ikke

Ædelmetaller (Au, Pt)
Reagerer ikke

Svovlsyre. Fortyndet svovlsyre er ikke et oxidationsmiddel og reagerer med metaller som en almindelig syre. Hvis metallet står over brint i spændingsrækken, udvikles brint ved reaktionen. Metaller efter brint reagerer ikke med fortyndet syre.

Test

1. En redoxreaktion er:
   A) reaktion mellem kalium og vand
   B) reaktion mellem kaliumoxid og vand
   C) reaktion mellem kuldioxid og calciumoxid
   D) spaltning af aluminiumhydroxid

2. Oxidationsmidler i kemiske reaktioner:
   A) ændrer ikke oxidationstrin
   B) øger oxidationstrin
   C) sænker oxidationstrin
   D) deltager ikke i reaktionen

3. Halogenernes oxidationsstyrke i gruppen fra top til bund:
   A) øges
   B) falder
   C) ændres ikke
   D) halogener er ikke oxidationsmidler

4. Svovl er oxidationsmiddel i reaktionen med
   A) ilt
   B) metaller
   C) klor og fluor
   D) salpetersyre

5. I reaktionen 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO er fosfor:
   A) oxideret
   B) reduceret
   C) elektronmodtager
   D) uændret

6. Et stof, der udviser både oxidation og reduktionsegenskaber, er:
   A) fluor
   B) natriumpermanganat
   C) natriumchromat
   D) natriumsulfit

7. Oxidationsmidler er stoffer med:
   A) højeste oxidationstrin
   B) laveste oxidationstrin
   C) mellemliggende oxidationstrin
   D) i fri tilstand

8. Fotosyntese i naturen er en reaktion af typen:
   A) sammensætning
   B) spaltning
   C) redox
   D) substitution

9. Oxidationstrin for chrom i kaliumchromat er:
   A) +3
   B) +6
   C) 0
   D) +2

10. Brom er reduktionsmiddel, hvis dets oxidationstrin:
    A) stiger
    B) falder
    C) ikke ændres
    D) bliver 0

11. 5H2O2-1 + 2KMn+7O4 + 3H2SO4 → 2Mn+2SO4 + 5O20 + K2SO4 + 8H2O
    Alle nøglestoffer er angivet.
    Reduktionsmiddel: 2O-1 – 2e = O20 (5 oxideres)
    Oxidationsmiddel: Mn+7 + 5e = Mn+2 (2 reduceres)
    H2O2 er reduktionsmiddel via O-1
    KMnO4 er oxidationsmiddel via Mn+7

12. 3P-3H3 + 8HMn+7O4 = 8Mn+4O2 + 3H3P+5O4 + 4H2O
    Manglende nøglestof til højre – H3P+5O4 (oxidationsprodukt af PH3)
    Reduktionsmiddel: P-3 – 8e = P+5 (3 oxideres)
    Oxidationsmiddel: Mn+7 + 3e = Mn+4 (8 reduceres)
    PH3 er reduktionsmiddel via P-3
    HMnO4 er oxidationsmiddel via Mn+7

13. Cr2+3(SO4)3 + 6KMn+7O4 + 16KOH = 2K2Cr+6O4 + 6K2Mn+6O4 + 3K2SO4 + 8H2O
    Manglende nøglestof til højre – K2Mn+6O4 (reduktionsprodukt af KMnO4)
    Reduktionsmiddel: 2Cr+3 – 6e = 2Cr+6 (1 oxideres)
    Oxidationsmiddel: Mn+7 + 1e = Mn+6 (6 reduceres)
    Cr2(SO4)3 er reduktionsmiddel via Cr+3
    KMnO4 er oxidationsmiddel via Mn+7

Nogle undervisere angiver to mulige forløb eller alternative korrekte reaktioner:
Cr2(SO4)3 + 2KMnO4 + 8KOH = 2K2CrO4 + 2MnO2 + 3K2SO4 + 4H2O
"Bemærk, at i nogle opgaver i del C1 angives mangan(IV)oxid som reduktionsprodukt af KMnO4 i basisk medium. Dette skyldes, at manganat (K2MnO4) er et ustabilt stof og i opløsning spontant disproportionerer til mangan(IV)oxid og permanganat."

4. 2N+