Vyčíslování chemických rovnic Oxidační číslo Oxidační číslo prvku ve sloučenině je výslednému náboji (skutečnému nebo myšlenému), který by daný atom získal při úplné polarizaci všech svých vazeb. Jde o formální pojem, často neodpovídá skutečné elektronové konfiguraci v molekule. píše se římskou číslicí, vpravo nahoře od značky prvku. !! Součet oxidačních čísel všech atomů v elektroneutrální molekule je roven nule. !! Součet oxidačních čísel všech atomů v iontu je roven jeho náboji. Volný atom má oxidační číslo nula. SouvisejÃcà obrázek N tepl164 See the source image See the source image Oxidačně-redukční (redoxní) rovnice • Zjistíme oxidační čísla všech atomů v rovnici. • • Napíšeme parciální chemické rovnice pro oxidaci a redukci. • • Matematicky je upravíme tak, aby bylo zachované pravidlo bilance počtu elektronů. • • Obě parciální chemické rovnice sečteme a upravíme, přičemž získáme zkrácenou redoxní rovnici (SRR). • • Získané počty atomů zohledníme v chemické rovnici pomocí stechiometrických koeficientů. • • Na základě bilance počtu atomů přiřadíme stechiometrické koeficienty látkám obsahujícím atomy, které nezměnily oxidační číslo. • • Pokud máme iontovou redoxní rovnici, na zjištění stechiometrických koeficientů využijeme bilanci nábojových čísel. EduMission: Chemistry Form 5: Chapter 3 - Redox Reaction Při řešení redoxních rovnic dodržujeme obecná pravidla na výpočet stechiometrických koeficientů používáme následující postup: Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: Vypočítáme oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů Cr a H: Cr0 + HI2SVIO–II4 →CrIII2(SVIO–II4)3 + H02 Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Cr0 – 3e– → CrIII (oxidace) HI + 1e– → H0 (redukce) Jelikož počet přijatých a odevzdaných elektronů musí být stejný, druhou parciální chemickou rovnici vynásobíme třemi, aby se počet přijatých a odevzdaných elektronů rovnal: Cr0 – 3e– → CrIII 3HI + 3e– → 3H0 Obě parciální chemické rovnice sečteme a upravíme: Cr0 – 3e– → CrIII 3HI + 3e– → 3H0 Cr0 – 3e– + 3HI + 3e–→CrIII + 3H0 Po úpravě: Cr0 + 3HI → CrIII + 3H0 Cr + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + H2 Příklad Jestliže na levé straně rovnice jsou 3 atomy H, před vzorec H2SO4 bychom museli dát zlomek. Stejný problém je s H i na pravé straně rovnice. Proto SRR vynásobíme dvěma: 2Cr0 + 6HI → 2CrIII + 6H0 Na levé straně rovnice jsou 2 atomy Cr, proto před Cr bude koeficient 2. Na pravé straně rovnice mají být rovněž 2 atomy Cr, ale ty jsou již zabezpečené stechiometrickým indexem 2 ve vzorci Cr2(SO4)2, takže tato látka bude mít koeficient 1: 2Cr + 3 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 H2 Tato chemická rovnice je zkrácenou formou původní redoxní rovnice a vyjadřuje podstatu redoxního chemického děje (SRR). Číselné hodnoty, které jsme dostali, nejsou stechiometrické koeficienty, ale vyjadřují počty atomů, které musí být na levé a pravé straně rovnice. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: Vypočítame oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů P a C: CaII3(PVO–II4)2 + SiIVO–II2 + C0 → P04 + CaIISiIVO–II3 + CIIO–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: C0 – 2e– → CII (oxidace) PV + 5e– → P0 (redukce) Jelikož počet přijatých a odevzdaných elektronů musí byť stejný, první parciální chemickou rovnici vynásobíme 5, druhou parciální chemickou rovnici vynásobíme 2: 5C0 – 10e– → 5CII 2PV + 10e– → 2P0 Počet přijatých a odevzdaných elektronů je stejný. Aby se počet přijatých a odevzdaných elektronů rovnal, obě parciální chemické rovnice sečteme a dostaneme SRR: 5C0 – 10e– → 5CII 2PV + 10e– → 2P0 5C0 – 10e– + 2PV + 10e– → 5CII + 2P0 po úpravě: 5C0 + 2PV → 5CII + 2P0 Příklad Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P4 + CaSiO3 + CO Na pravé straně rovnice jsou potřebné 4 atomy P už zabezpečeny stechiometrickým indexem 4 ve vzorci P4, takže tato látka bude mít koeficient 1: 2Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P4 + CaSiO3 + CO Na obou stranách rovnice by mělo být 10 atomů C. Proto před C dáme koeficient 10 a stejně i před vzorec CO: 2Ca3(PO4)2 + SiO2 + 10C → P4 + CaSiO3 + 10CO Ještě chybí koeficienty před SiO2 a CaSiO3. Na levé straně rovnice je 6 atomů Ca, proto před CaSiO3 dáme koeficient 6. To ale znamená, že i na levé straně rovnice musí být 6 atomů Si, proto před SiO2 dáme koeficient 6. 2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10C → P4 + 6 CaSiO3 + 10 CO Řešení ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (28 = 28). Jelikož získané stechiometrické koeficienty (2, 6, 10 = 1, 6, 10) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, vyčíslování rovnice je ukončeno. Na pravé straně rovnice jsou podle SRR 2 atomy P s oxidačním číslem 0. Ten je však tvořen čtyřatomovými molekulami, takže stechiometrický koeficient by měl zlomkovou hodnotu. Proto SRR vynásobíme číslem 2: 10 C0 + 4 PV → 10 CII + 4 P0 Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: Vypočítame oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů Cu a N: Cu0 + HINVO–II3 → CuII(NVO–II3)2 + NIVO–II2 + HI2O–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Cu0 – 2e– → CuII (oxidace) NV + e– → NIV (redukce) Obě parciální chemické rovnice sečteme: Cu0 – 2e– → CuII 2NV + 2e– → 2NIV Cu0 – 2e– + 2NV + 2e– → CuII +2NIV a po úpravě získáme SRR: Cu0 + 2NV → CuII +2NIV Na obou stranách rovnice by měl být jeden atom Cu, koeficient před Cu a Cu(NO3)2 bude 1. Na pravé straně rovnice by měly být 2 atomy N s oxidačním číslem IV, proto před NO2 dáme koeficient 2: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Příklad Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Tento koeficient tudíž musí zohlednit redoxní i neredoxní proces. Před Cu(NO3)2 už máme koeficient 1, z toho vyplývá, že jsou v něm vázané 2 atomy N s oxidačním číslem V. Tudíž před HNO3 dáme koeficient 4: dva atomy dusíku sa zúčastnily na redoxním procesu, dva nezměnily oxidační číslo: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Bez stechiometrického koeficientu zůstává voda. Na levé straně rovnice máme 4 atomy H, proto před H2O dáme koeficient 2: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Spočítaním atomů kyslíku na obou stranách rovnice (12 = 12) ověříme koeficienty rovnice. Jelikož získané stechiometrické koeficienty (1, 4 = 1, 2, 2) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, vyčíslování rovnice je ukončeno. Na levé straně rovnice by měly být 2 atomy N s oxidačním číslem V, ale před HNO3 nelze dát koeficient 2, protože ne všechny atomy N se účastnily redoxního procesu. Na pravé straně rovnice máme i atomy N s nezměněným oxidačním číslem – v Cu(NO3)2. Proto před HNO3 musíme dát stechiometrický koeficient, který bude větší než ten, který vyplynul z řešení parciálních chemických reakcí. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: KMnO4 + HBr → Br2 + MnBr2 + KBr + H2O Vypočítáme oxidační čísla všech atomů, mění se oxidační čísla atomů Mn a Br: KIMnVIIO–II4 + HIBr–I → Br02 + MnIIBr–I 2 + KIBr–I + H2O–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Br–I – 1e– → Br0 (oxidace) MnVII + 5e– → MnII (redukce) První parciální chemickou rovnici vynásobíme pěti a obě rovnice sčítame: 5Br–I – 5e– → 5Br0 MnVII + 5e– → MnII 5Br–I – 5e– + MnVII + 5e–= 5Br0 + MnII a po úpravě získame SRR: 5Br–I + MnVII → 5Br0 + MnII Na pravé straně rovnice máme mít podle SRR 5 atomů Br s oxidačním číslem 0. Ten je však tvořen dvouatomovými molekulami, takže stechiometrický koeficient by měl zlomkovou hodnotu. Proto SRR vynásobíme číslem 2: Příklad 10Br–I + 2MnVII → 10Br0 + 2MnII Získané číselné hodnoty vyjadřují počty atomů, které musí být na levé a pravé straně rovnice. Na obou stranách rovnice mají být 2 atomy Mn, koeficient před KMnO4 a MnBr2 bude 2: Zároveň na levé straně má být 10 atomů Br s oxidačním číslem –I, ale před HBr nemůžeme dát koeficient 10. Na pravé straně rovnice se totiž vyskytují i atomy Br s nezměněným oxidačním číslem –I. Koeficient před HBr tak musí být větší než 10. Na pravé straně rovnice máme mít 10 atomů Br s oxidačním číslem 0, proto před Br2 dáme koeficient 5: 2KMnO4 + HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + KBr + H2O Na levé straně rovnice máme dva atomy K, proto před KBr dáme koeficient 2: 2KMnO4 + HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + H2O Jelikož na pravé straně rovnice už máme koeficienty před všemi látkami obsahujícími Br, zjistíme, že na pravé straně je 16 atomů Br, proto před HBr dáme koeficient 16: 2KMnO4 + 16HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + H2O Koeficient 16 před KBr zároveň znamená, že 10 atomů Br se zúčastnilo redoxní reakce a zbylých 6 zůstalo nezměněných. Na levé straně rovnice je rovněž 16 atomů H, proto na pravé straně rovnice dáme před H2O koeficient 8: 2KMnO4 + HBr → Br2 + 2MnBr2 + KBr + H2O 2KMnO4 + 16HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + 8H2O Řešení ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (8 = 8). Protože získané stechiometrické koeficienty (2, 16 = 5, 2, 2, 8) už kromě čísla 1 nemají žádný společný dělitel, vyčíslování rovnice je ukončeno. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici : NO2 + NO + NaOH → NaNO2 + H2O Vypočítáme oxidační čísla všech atomů, zjistíme, že se mění jen oxidační číslo atomů N; jeho symboly podtrhneme: NIVO–II2 + NIIO–II + NaIO–IIHI → NaINIIIO–II2 + HI2O–II Jde o symproporcionační rovnici. Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: NII – 1e– → NIII (oxidace) NIV + 1e– → NIII (redukce) Protože je počet přijatých a odevzdaných elektronů stejný, rovnice sčítáme: NII – 1e– → NIII NIV + 1e– → NIII NII – 1e– + NIV + 1e– →NIII + NIII a po úpravě získáme SRR: NII + NIV → 2NIII Ze SRR vyplývá, že na pravé straně rovnice máme mít 2 atomy N s oxidačním číslem III a na levé straně po jednom atomu N s oxidačním číslem II, resp. IV. Do redoxní rovnice doplníme stechiometrické koeficienty: NO2 + NO + NaOH → 2NaNO2 + H2O Příklad Na pravé straně rovnice máme 2 atomy Na, proto před NaOH dáme koeficient 2: NO2 + NO + 2NaOH → 2NaNO2 + H2O Jedinou látkou bez stechiometrického koeficientu je voda. Na levé straně máme 2 atomy H, proto před H2O musí byť koeficient 1: NO2 + NO + 2NaOH → 2NaNO2 + H2O Řešení ješte ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (5 = 5). Protože získané stechiometrické koeficienty (1, 1, 2 = 2, 1) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, je vyčíslování rovnice je ukončeno. Vyčíslete rovnici Ag3AsO4 + Zn + H2SO4 → Ag + AsH3 + ZnSO4 + H2O Ag3IIIAsVO4 + Zn0 + H2SO4 → Ag0 + As-IIIH3 + ZnIISO4 + H2O Zn0 – 2e– → ZnII (oxidace) AsV + 8e– → As-III (redukce) 3AgI + 3e– → 3Ag0 (redukce) 11 Zn0 – 22e– → 11 ZnII (oxidace) 2 AsV + 16e– → 2 As-III (redukce) 6 AgI + 6e– → 6 Ag0 (redukce) 2 e– 11 e– 11 2 22 e– 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + H2O 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O 2 x 4 O = 8 O 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O 22 H = 6 H + 2 x 8 H 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O i) 3,6,1,5,3 Příklad a) 3,4,3,4,2 b) 5,2,5,1,6 c) 2,11,11,6,2,11,8 d) 1,1,2,1,2,2 e) 4,11,2,8 f) 3,10,2,1,18 g) 5,1,6,3,3 h) 1,1,1,2 KNO3 + S +C = K2S + N2 + CO2 2, 1, 3, 1, 1, 3 FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O 6, 1, 7, 3, 1, 1, 7 H2O2 + KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O 5, 2, 3, 2, 5, 1, 8 H2SeO3 + KMnO4 = H2SeO4 + K2SeO3 + MnSeO3 + H2O 8, 2, 5, 1, 2, 3 NaClO3 + HCl = ClO2 + Cl2 + NaCl + H2O 2, 4, 2, 1, 2, 2 Na2S2O3 + Cl2 + H2O = NaHSO4 + HCl 1, 4, 5, 2, 8 H2SeO3 + H2S = Se + S + H2O 1, 2, 1, 3, 2 H6TeO6 + SO2 = Te + H2SO4 1, 3, 1, 3 Au + NaCN + O2 + H2O = Na[Au(CN)2] + NaOH 4, 8, 1, 2, 4, 4 Ca(OH)2 + Cl2 = Ca(ClO3)2 + CaCl2 + H2O 6, 6, 1, 5, 6 Cr2O3 + KNO3 + KOH = K2CrO4 + KNO2 + H2O 1, 3, 4, 2, 3, 2 Al + NaOH + H2O = Na[Al(OH)4] + H2 2, 2, 6, 2, 3 P4 + NaOH + H2O = NaH2PO2 + PH3 1, 3, 3, 3, 1 MnO2 + H2C2O4 + H2SO4 = MnSO4 + CO2 + H2O 1, 1, 1, 1, 2, 2 Pb3O4 + HNO3 = Pb(NO3)2 + PbO2 + H2O 1, 4, 2, 1, 2 SnCl2 + AuCl3 + H2O = SnO2 + Au + HCl 3, 2, 6, 3, 3, 12 P + HNO3 + H2O = H3PO4 + NO 3, 5, 2, 3, 5 MnSO4 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + H2O 2, 5, 6, 2, 2, 3, 2 NaNO2 + KI + H2SO4 = NO + I2 + K2SO4 + Na2SO4 + H2O 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 2 As4O6 + HCl + Cu = As + CuCl + H2O 1, 12, 12, 4, 12, 6