Kemian yo-kokeen C1-tehtävä: ominaisuudet, vinkit ja suositukset

Tehtävä C1 YlIO-kemian kokeessa. Ominaisuudet, vinkit, suositukset.
Artikkelin kirjoittaja — ammattilainen yksityisopettaja O. V. Ovčinnikova.

Osa C YlIO-kemian kokeessa alkaa tehtävästä C1, joka edellyttää oksidoimis-pelkistysreaktion laatimista (sisältäen jo osan lähtöaineita ja tuotteita). Se on muotoiltu seuraavasti:
C1. Käytä elektronibalanssimenetelmää ja laadi reaktioyhtälö. Määritä hapetin ja pelkistin.
Usein hakijat ajattelevat, ettei tämä tehtävä vaadi erityistä valmistautumista. Kuitenkin siinä on karikoita, jotka estävät täydellisen pistemäärän saamisen. Tarkastellaan, mihin kiinnittää huomiota.

Teoreettiset tiedot.
Kaliumpermanganaatti hapettimena.

• pelkistimet
  happamassa ympäristössä
  neutraalissa ympäristössä
  emäksisessä ympäristössä
  (sen hapon suola, joka osallistuu reaktioon)

Manganaatti tai , –
Dikromaatit ja kromaatit hapettimina.
(hapan ja neutraali ympäristö), (emäksinen ympäristö) + pelkistimet aina muodostuu
hapan ympäristö
neutraali ympäristö
emäksinen ympäristö
Reaktion kannassa olevien happojen suolat:

liuenneessa muodossa tai sulana
Kromin ja mangaanin oksidaatiotilojen nouseminen.

• erittäin vahvat hapettimet (aina riippumatta ympäristöstä!)
  , suolat, hydroksokompleksit

• erittäin vahvat hapettimet: a) hapta sisältävät kloorisuolat (emäksisessä sulassa) b) (emäksisessä liuoksessa)
  Emäksinen ympäristö:
  muodostuu kromaatti
  , suolat

• erittäin vahvat hapettimet happamassa ympäristössä tai
  Hapan ympäristö:
  muodostuu dikromaatti tai dikromihappo
  — oksidi, hydroksidi, suolat

• erittäin vahvat hapettimet: , hapta sisältävät kloorisuolat (sulassa)
  Emäksinen ympäristö:
  — manganaatti
  — suolat

• erittäin vahvat hapettimet happamassa ympäristössä tai
  Hapan ympäristö:
  — permanganaatti — mangaanihappo

Typpihappo metallien kanssa.
— vetyä ei muodostu, muodostuu typen pelkistystuotteita.
Mitä aktiivisempi metalli ja mitä pienempi hapon konsentraatio, sitä pidemmälle typpi pelkistyy

Inaktiiviset metallit (raudan oikealla puolella) + konsentroitu happo
Ei-metallit + konsentroitu happo
Inaktiiviset metallit (raudan oikealla) + laimennettu happo
Aktiiviset metallit (alkalimetallit, maa-alkalimetallit, sinkki) + konsentroitu happo
Aktiiviset metallit (alkalimetallit, maa-alkalimetallit, sinkki) + keskireduktiohappo
Aktiiviset metallit (alkalimetallit, maa-alkalimetallit, sinkki) + hyvin laimennettu happo
Passivaatio: kylmässä konsentroidussa typpihapossa eivät reagoi:
Eivät reagoi typpihapon kanssa missään konsentraatiossa:

Rikkihappo metallien kanssa.
— laimennettu rikkihappo reagoi kuten tavallinen mineraalihappo metallien kanssa, vapauttaen vetyä;
— konsentroidun rikkihapon reaktiossa metallien kanssa vetyä ei vapautu, muodostuu rikin pelkistystuotteita.

Inaktiiviset metallit (raudan oikealla) + konsentroituhappo
Ei-metallit + konsentroituhappo
Maa-alkalimetallit + konsentroituhappo
Alkalimetallit ja sinkki + konsentroituhappo.
Laimennettu rikkihappo käyttäytyy kuten tavallinen mineraalihappo (esim. suolahappo)
Passivaatio: kylmässä konsentroidussa rikkihapossa eivät reagoi:
Eivät reagoi rikkihapon kanssa missään konsentraatiossa:

Disproportionointi.
Disproportionointireaktiot ovat reaktioita, joissa sama alkuaine toimii sekä hapettimena että pelkistimenä, samanaikaisesti nostaen ja laskien oksidaatiotilaansa:

Ei‑metallien disproportionointi — rikki, fosfori, halogeenit (paitsi fluori).
Rikki + emäs → 2 suolaa, metallisulfidi ja metalli­suulfiitti (reaktio käy kiehuttaessa)
ja
Fosfori + emäs → fosfiini ja hypo­fosfaattisuoja (reaktio käy kiehuttaessa)
ja
Kloori, bromi, jodi + vesi (lämmittämättä) → 2 happoa,
Kloori, bromi, jodi + emäs (lämmittämättä) → 2 suolaa ja vesi
ja
Bromi, jodi + vesi (lämmittäen) → 2 happoa,
Kloori, bromi, jodi + emäs (lämmittäen) → 2 suolaa ja vesi
ja
Disproportionointi typpioksidista (IV) ja sen suoloista.

• vesi → 2 happoa, typpihappo ja typpivälipitoinen

• emäs → 2 suolaa, nitraatti ja nitriitti
  ja

kaliumsulfiidi ja kaliumsulfaatti

ja

2 suolaa, kloridi ja perkloraatti

ja

Metallien ja ei‑metallien aktiivisuus.
Metallien aktiivisuuden analysoinnissa käytetään joko metallien elektrolyyttistä jännityssarjaa tai niiden sijaintia jaksollisessa järjestelmässä. Mitä aktiivisempi metalli, sitä helpommin se luovuttaa elektroneja ja sitä paremmaksi pelkistimeksi se muuttuu oksidoimis-pelkistysreaktioissa.
Metallien elektrolyyttinen jännityssarja:
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au
Ei‑metallien aktiivisuus voidaan myös määrittää niiden sijainnin perusteella Mendelejevin taulukossa.
Muista! Typpi on aktiivisempi ei‑metalli kuin kloori!
Aktiivisempi ei‑metalli toimii hapettimena, ja vähemmän aktiivinen tyytyy pelkistimen rooliin, jos ne reagoivat keskenään.
Ei‑metallien elektronegatiivisuussa sarja:

elektronegatiivisuuden kasvu
Joidenkin hapettimien ja pelkistimien käyttäytymisen erityispiirteet.
a) Hapan sisältävät kloorisuolat ja hapot reagoidessaan pelkistimien kanssa yleensä muuttuvat kloridiksi:
b) Jos reaktioon osallistuvissa aineissa sama alkuaine esiintyy negatiivisessa ja positiivisessa oksidaatiotilassa — ne kohtaavat nollassa oksidaatiotilassa (vapautuu alkuaine).
Tarvittavat taidot.
Oksidaatiotilojen asettaminen. On muistettava, että oksidaatiotila on hypoteettinen varaus atomille (eli ehdollinen, kuviteltu), mutta sen tulee pysyä järjen rajojen sisällä. Se voi olla kokonaisluku, murtoluku tai nolla.
Tehtävä 1: Aseta oksidaatiotilat aineissa:

Oksidaatiotilojen asettaminen orgaanisissa yhdisteissä. Muista, että meitä kiinnostavat vain niiden hiiliatomien oksidaatiotilat, jotka muuttavat ympäristöään O‑V‑reaktiossa, ja että hiiliatomin ja sen hiiletöntä ympäristöä vastaava varaus otetaan nollaksi.
Tehtävä 2: Määritä oksidaatiotila hiiliatomeille, jotka on ympyröity yhdessä hiilettömän ympäristön kanssa:
2‑metyylibuteeni‑2: – =
aseton:
etikkahappo: –
Älä unohda esittää itsellesi pääkysymystä: kuka tässä reaktiossa luovuttaa elektroneja, ja kuka vastaanottaa niitä, ja mihin ne siirtyvät? Näin ei pääse syntymään tilannetta, jossa elektronit ilmestyvät tai katoavat tyhjästä.
Esimerkki:
Tässä reaktiossa pitää havaita, että kaliumjodidi voi olla vain pelkistin, joten kaliumnitriitti vastaanottaa elektroneja laskiessaan oksidaatiotilaansa. Lisäksi näissä olosuhteissa (laimennettu liuos) typpi siirtyy muodosta lähimpään oksidaatiotilaan.

Määritä, missä ympäristössä (hapan, neutraali vai emäksinen) reaktio tapahtuu. Tämä voidaan tehdä joko mangaanin ja kromin pelkistystuotteiden avulla tai tarkastelemalla, millaisia yhdisteitä on muodostunut reaktion oikeassa osassa: esimerkiksi jos tuotteissa on happo tai hapan oksidi — ei voi olla emäksinen ympäristö; jos muodostuu metallihydroksidi — ei voi olla H‑ympäristö. Lisäksi, jos vasemmalla osassa on metallisulfaatteja eikä oikealla ole mitään rikin yhdisteitä — reaktio tapahtuu rikkihapon läsnä ollessa.
Tehtävä 5: Määritä ympäristö ja aineet kussakin reaktiossa:

Muista, että vesi on vapaa matkustaja — se voi sekä osallistua reaktioon että muodostua.
Tehtävä 6: Kummalle puolelle reaktiota vesi sijoittuu? Mihin sinkki siirtyy?

Tehtävä 7: Alkeenien pehmeä ja kova hapetus. Kirjoita ja tasapainota reaktiot, ensin asettamalla oksidaatiotilat orgaanisissa molekyyleissä:
(kylmä liuos)
(vedellinen liuos)

Joskus jotain reaktiotuotetta voi määrittää vain laatimalla elektronibalanssi ja ymmärtämällä, mitä hiukkasia meillä on enemmän:
Tehtävä 8: Mitä muita tuotteita vielä muodostuu? Täydennä ja tasapainota reaktio:

Mihin lähtöaineet muuttuvat reaktiossa? Jos tähän kysymykseen ei ole annettu ennalta opittuja kaavoja, on analysoitava, mitkä aineet reaktiossa toimivat hapettimina ja pelkistiminä — ovatko ne vahvoja vai ei? Jos hapetin on keskivahva, ei todennäköisesti hapeta esimerkiksi rikkiä muodosta asti , yleensä hapetus päättyy . Toisaalta jos pelkistin on vahva ja voi pelkistää rikkis iz muodosta , se pelkistyy vain .
Tehtävä 9: Mihin rikki siirtyy? Täydennä ja tasapainota reaktiot:
(konst.)
Tarkista, että reaktiossa on sekä hapetin että pelkistin.
Tehtävä 10: Kuinka monta muutakin tuotetta tässä reaktiossa on ja mitä ne ovat?

Jos molemmat aineet voivat toimia sekä pelkistiminä että hapettimina — pohdi, kumpi niistä on aktiivisempi hapetin. Silloin toinen toimii pelkistimenä.
Jos taas yksi lähtöaineista on tyypillinen hapetin tai pelkistin — toinen ”täyttää sen tahto” luovuttaen elektroneja hapettimelle tai vastaanottaen niitä pelkistimeltä.
Vetyperoksidi — aine kaksiluontoisella roolilla: hapettimena se muuttuu vedeksi, pelkistimenä vapaseksi kaasumaiseksi hapeksi.
Tehtävä 12: Minkä roolin vetyperoksidi suorittaa kussakin reaktiossa?

Elektronikoefisienttien asettelun järjestys yhtälössä.

Älä kiirehdi laskettaessa happiatomeja! Älä unohda kertoa, etkä yhdistää indeksejä ja kertoimia. Hapen atomien lukumäärän vasemmalla ja oikealla puolella täytyy täsmätä! Jos näin ei ole (olettaen, että laskit oikein), jossain on virhe.
Mahdolliset virheet.
Oksidaatiotilojen asettaminen: tarkista jokainen aine huolellisesti. Usein tehdään virheitä seuraavissa tapauksissa:
a) Oksidaatiotilat vesiyhdisteissä ei‑metallien kanssa: fosfiinissä fosforin oksidaatiotila on negatiivinen;
b) Orgaanisissa yhdisteissä — tarkista uudelleen, onko kaikki ympäristö huomioitu;
c) Ammoniakki ja ammoniumsuolat — niissä typpi on aina oksidaatiotilassa ;
d) Hapta sisältävät kloorisuolat ja hapot — niissä kloori voi olla oksidaatiotilassa ;
e) Peroksidit ja ylipperoksidit — niissä happi ei toimi oksidaatiotilassa , saattaa olla , joskus jopa ;
f) Kaksoisoksidit: — niissä metalleilla on kaksi eri oksidaatiotilaa, yleensä vain toinen osallistuu elektroninsiirtoon.
Tehtävä 14: Täydennä ja tasapainota:
Tehtävä 15: Täydennä ja tasapainota:

Tuotteen valinta ilman elektroninsiirtoa — esim. reaktiossa on vain hapetin ilman pelkistintä tai päinvastoin.
Esimerkki: vapaata klooria usein häviää. Tulos on, että elektronit saapuvat mangaanille avaruudesta…
Virheelliset kemiallisesti ajatellen tuotteet: ei voi muodostua sellaista yhdistettä, joka reagoi ympäristön kanssa!
a) Happamassa ympäristössä ei voi muodostua metallioksidi, emäs, ammoniakki;
b) Emäksisessä ympäristössä ei voi muodostua happo tai hapan oksidi;
c) Oksidi tai metalli, joka reagoisi voimakkaasti veden kanssa, ei muodostu vesiliuoksessa.
Tehtävä 16: Etsi reaktioista virheelliset tuotteet, selitä, miksi ne eivät voi muodostua näissä oloissa:

Vastaukset ja ratkaisut tehtäviin selityksineen.
Tehtävä 1:

Tehtävä 2:
2‑metyylibuteeni‑2: – =
aseton:
etikkahappo: –
Tehtävä 3:
Koska dikromaatissa molekyylissä on 2 kromiatomia, elektronit luovutetaan kaksinkertaisesti — eli 6.

Tehtävä 4:
Koska molekyylissä on kaksi typpiatomia, tämä kakkonen on otettava huomioon elektronibalanssissa — eli magnesiumin edessä tulee kerroin .

Tehtävä 5:
Jos ympäristö on emäksinen, fosfori esiintyy fosfaattisuolana.
Jos ympäristö on hapan, fosfiini muuttuu fosforihapoksi.

Tehtävä 6:
Koska sinkki on amfotaarinen metalli, emäksisessä liuoksessa se muodostaa hydroksokompleksin. Kertoimien asettelussa havaitaan, että vesi tulee vasempaan osaan reaktiota:

Tehtävä 7:
Kaksi atomia luovuttavat elektroneja alkeenimolekyylissä. Siksi on otettava huomioon koko molekyylin luovuttamien elektronien määrä:
(kylmä liuos)

Huomaa, että 10 kaliumionista 9 jakautuu kahden suolan kesken, joten emästä muodostuu vain yksi molekyyli.

Tehtävä 8:

Tasapainotusprosessissa havaitaan, että 2 ionia kohden tulee 3 sulfaat­ionia. Näin ollen kaliumsulfaatin lisäksi muodostuu myös rikkihappoa (2 molekyyliä).

Tehtävä 9:
(permanganaatti ei ole kovin vahva hapetin liuoksessa; huomaa, että vesi siirtyy tasapainotuksessa oikealle!)
(konst.) (konsentroitu typpihappo on erittäin vahva hapetin)

Tehtävä 10:
Älä unohda, että mangaani vastaanottaa elektroneja, jolloin kloorin on luovutettava niitä. Kloori vapautuu alkuaineena.

Tehtävä 11:
Mitä ylemmässä ryhmässä ei‑metalli on, sitä aktiivisempi hapetin on, eli tässä kloori toimii hapettimena. Jodi siirtyy sille vakaimpaan positiiviseen oksidaatiotilaansa , muodostaen jodihappoa.

Tehtävä 12:
(peroksidi — hapetin, koska pelkistin on )
(peroksidi — pelkistin, koska hapetin on kaliumpermanganaatti)
(peroksidi — hapetin, koska pelkistimen rooli on tyypillisesti kaliumnitriitille, joka pyrkii siirtymään nitraatiksi)

Tehtävä 13:

Tehtävä 14:
Kolmen rauta-atomin molekyylissä vain yhdellä on varaus . Se hapettuu .

Tehtävä 15:
Ylipperoksidin kaliumin kokonaisvaraus on . Siksi se voi luovuttaa vain .

Tehtävä 16:
(vesiliuos)
(emäksinen ympäristö)
(vesiliuos)
(hapan ympäristö)