8.4 Afstemning af redoxreaktioner

Kernestof på kemi B

Reaktionen mellem zink og kobber(II)ioner er let at afstemme med delreaktionerne fra afsnit 8.1. Mange redoxreaktioner foregår dog i vand med ioner som permanganat og sulfit, og her er vand og H+ også med i reaktionen. Derfor har man brug for en fast fremgangsmåde.

Fremgangsmåden

Idéen er den samme som i afsnit 8.1: Der skal afgives lige så mange elektroner, som der optages. Med oxidationstallene fra afsnit 8.3 betyder det, at den samlede stigning skal være lige så stor som det samlede fald.

  1. Oxidationstal. Skriv oxidationstal over atomerne, og find det atom, der stiger, og det atom, der falder. Skriv stigningen med en pil op og faldet med en pil ned under reaktionspilen.
  2. Stigning og fald. Sæt koefficienter foran stofferne, så den samlede stigning er lige så stor som det samlede fald.
  3. Ladning. Regn den samlede ladning ud på hver side for sig. Gør de to ladninger ens ved at tilføje H+, hvis opløsningen er sur, eller OH−, hvis den er basisk.
  4. Hydrogen. Tæl hydrogenatomerne, og tilføj H2O på den side, der mangler.
  5. Tjek. Tæl oxygenatomerne. Passer de, er skemaet afstemt.

I redoxreaktioner skrives oxoniumionen for nemheds skyld som H+.

Et eksempel i sur opløsning

Jern(II)ioner reagerer med den violette permanganation, MnO4−, i en sur opløsning. Der dannes jern(III)ioner og mangan(II)ioner. Det, der er nyt i hvert trin, står i en grøn ramme.

Trin 1: Oxidationstal

Trin 1. Reaktionsskemaet med oxidationstal over atomerne. Under reaktionspilen står en pil op og tallet 1 for jern og en pil ned og tallet 5 for mangan.

Skriv oxidationstal over atomerne. Jern stiger fra +II til +III, og mangan falder fra +VII til +II. Stigningen skrives under reaktionspilen med en pil op, og faldet skrives med en pil ned.

Trin 2: Stigning og fald

Trin 2. Der er sat 5 foran begge jernioner. Under reaktionspilen står, at stigningen er 1 gange 5, og at faldet er 5 gange 1.

Stigningen og faldet skal være lige store. Der skal derfor 5 jernioner til 1 permanganation. Sæt 5 foran jern på begge sider.

Trin 3: Ladning

Trin 3. Ladningen er plus 9 til venstre og plus 17 til højre. Der er tilføjet 8 H plus til venstre.

Regn ladningen ud på hver side for sig. Venstre side har +9, og højre side har +17. Opløsningen er sur, så forskellen udlignes med H+. Der skal 8 H+ til venstre.

Trin 4: Hydrogen

Trin 4. Der er 8 hydrogenatomer til venstre og ingen til højre. Der er tilføjet 4 vandmolekyler til højre.

Tæl hydrogenatomerne. Der er 8 til venstre og ingen til højre. Hvert vandmolekyle har 2 hydrogenatomer, så der skal 4 H2O til højre.

Trin 5: Tjek

Trin 5. Der er 4 oxygenatomer på begge sider, så reaktionsskemaet er afstemt.

Tæl oxygenatomerne. Der er 4 i MnO4− til venstre og 4 i de fire vandmolekyler til højre. Skemaet er afstemt.

Det afstemte reaktionsskema er altså:

5 Fe2+ + MnO4− + 8 H+ → 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

VigtigtRør ikke tallene fra trin 2

De tal, du finder i trin 2, sørger for, at elektronregnskabet passer. De må ikke ændres bagefter. I trin 3 og 4 må du kun tilføje H+, OH− og H2O.

Basisk opløsning

I en basisk opløsning er der næsten ingen H+ at tage af, men til gengæld er der mange hydroxidioner. Derfor afstemmes ladningen i trin 3 med OH−, mens resten af fremgangsmåden er den samme.

Sur opløsning Basisk opløsning
Trin 3: ladningen afstemmes med H+ OH−
Ionen sættes på den side, der mangler plusser mangler minusser
Trin 4: hydrogen afstemmes med H2O H2O
VigtigtSådan finder du antallet af hydroxidioner

Regn ladningen ud på hver side for sig. Den side, der er mindst negativ, mangler minusser. Forskellen mellem de to ladninger er det antal OH−, der skal tilføjes på den side.

I en stærkt basisk opløsning bliver den violette permanganation, MnO4−, kun reduceret til den grønne ion MnO42−. I eksemplet herunder er reduktionsmidlet sulfit, SO32−, som bliver oxideret til sulfat, SO42−.

Læg især mærke til trin 3, hvor ladningen bliver afstemt med OH−.

Trin 1: Oxidationstal

Trin 1. Reaktionsskemaet med oxidationstal over atomerne. Under reaktionspilen står en pil op og tallet 2 for svovl og en pil ned og tallet 1 for mangan.

Skriv oxidationstal over atomerne. Svovl stiger fra +IV til +VI, og mangan falder fra +VII til +VI. Stigningen og faldet skrives under reaktionspilen.

Trin 2: Stigning og fald

Trin 2. Der er sat 2 foran begge ioner med mangan. Under reaktionspilen står, at stigningen er 2 gange 1, og at faldet er 1 gange 2.

Der skal 2 permanganationer til 1 sulfition, så stigningen og faldet begge er 2. Sæt 2 foran mangan på begge sider.

Trin 3: Ladning

Trin 3. Ladningen er minus 4 til venstre og minus 6 til højre. Der er tilføjet 2 hydroxidioner til venstre.

Regn ladningen ud på hver side for sig. Venstre side har −4, og højre side har −6. Opløsningen er basisk, så forskellen udlignes med OH−. Venstre side mangler 2 minusser, så der skal 2 OH− til venstre.

Trin 4: Hydrogen

Trin 4. Der er 2 hydrogenatomer til venstre og ingen til højre. Der er tilføjet 1 vandmolekyle til højre.

Tæl hydrogenatomerne. Der er 2 til venstre i de to hydroxidioner og ingen til højre. Der skal derfor 1 H2O til højre.

Trin 5: Tjek

Trin 5. Der er 13 oxygenatomer på begge sider, så reaktionsskemaet er afstemt.

Tæl oxygenatomerne. Der er 13 på begge sider. Skemaet er afstemt.

Det afstemte reaktionsskema bliver:

2 MnO4− + SO32− + 2 OH− → 2 MnO42− + SO42− + H2O

Mangans farver

Permanganat er et meget brugt oxidationsmiddel i laboratoriet. Mangan kan have flere forskellige oxidationstal, og hvert af dem har sin egen farve. Farven viser derfor, hvor langt permanganat er blevet reduceret.

Figur 1: Mangan i fire oxidationstal. Jo længere mod højre, jo mere er mangan blevet reduceret.

Hvilket af stofferne der dannes, afhænger af opløsningen:

Opløsningen er Permanganat bliver til Det ser man
sur Mn2+ den violette farve forsvinder
neutral eller svagt basisk MnO2 et brunt bundfald
stærkt basisk MnO42− opløsningen bliver grøn
NoteKort sagt
  • En redoxreaktion afstemmes, så den samlede stigning i oxidationstal er lige så stor som det samlede fald.
  • Derefter afstemmes ladningen med H+ i sur opløsning og med OH− i basisk opløsning.
  • Til sidst afstemmes hydrogen med H2O, og oxygen bruges som tjek.
  • Permanganat er violet og bliver til farveløst Mn2+ i sur opløsning.

Prøv selv: Afstem redoxreaktioner: afstem trin for trin med hjælp undervejs.

Prøv selv: Kaliumpermanganat: se farverne skifte, og afstem reaktionerne.

Se alle opgaver til emnet “Afstemning af redoxreaktioner” (8.4)