Opgaver til 8.1

Opgaverne hører til afsnit 8.1 Redoxreaktioner. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Atommasserne står i det periodiske system bagest i bogen.

Opgave 8.1.1: De vigtigste ord

  1. Hvad er en oxidation?
  2. Hvad er en reduktion?
  3. Hvorfor sker en oxidation og en reduktion altid samtidig?
  4. Hvad kaldes den samlede reaktion?

Begge ord handler om elektroner. Se de to punkter under overskriften Oxidation og reduktion i afsnit 8.1.

Det ene ord betyder at afgive elektroner, og det andet betyder at optage dem. Tænk over, hvor de elektroner, der bliver afgivet, skal blive af.

  1. Et stof afgiver elektroner.
  2. Et stof optager elektroner.
  3. Elektroner kan ikke forsvinde. De elektroner, ét stof afgiver, må et andet stof optage.
  4. En redoxreaktion

Opgave 8.1.2: Oxidation eller reduktion?

Afgør for hver delreaktion, om den er en oxidation eller en reduktion.

  1. Na → Na+ + e−
  2. Cl2 + 2 e− → 2 Cl−
  3. Fe → Fe2+ + 2 e−
  4. Cu2+ + 2 e− → Cu
  5. Fe2+ → Fe3+ + e−

Se, på hvilken side af pilen elektronerne står.

Står elektronerne til højre, er de blevet afgivet, og det er en oxidation. Står de til venstre, bliver de optaget, og det er en reduktion.

  1. Oxidation
  2. Reduktion
  3. Oxidation
  4. Reduktion
  5. Oxidation

Opgave 8.1.3: Sæt elektronerne på

Gør delreaktionerne færdige ved at skrive det rigtige antal elektroner på den rigtige side.

  1. K → K+
  2. Mg → Mg2+
  3. Al → Al3+
  4. Br2 → 2 Br−
  5. O2 → 2 O2−

Ladningen skal være den samme på begge sider af pilen. En elektron tæller 1−.

I spørgsmål b er ladningen 0 til venstre og 2+ til højre. Der skal 2 elektroner på højre side, så summen dér også bliver 0. I spørgsmål d og e er der to atomer, som hver skal have elektroner.

  1. K → K+ + e−
  2. Mg → Mg2+ + 2 e−
  3. Al → Al3+ + 3 e−
  4. Br2 + 2 e− → 2 Br−
  5. O2 + 4 e− → 2 O2−

Opgave 8.1.4: Del reaktionen op

Natrium reagerer med chlor:

2 Na + Cl2 → 2 Na+ + 2 Cl−

  1. Skriv delreaktionen for oxidationen.
  2. Skriv delreaktionen for reduktionen.
  3. Hvilket stof er oxidationsmidlet, og hvilket er reduktionsmidlet?

Følg hvert grundstof hen over pilen. Det ene går fra ladningen 0 til en positiv ladning, og det andet går fra 0 til en negativ ladning.

Natrium bliver til Na+ og har altså afgivet en elektron. Oxidationsmidlet er det stof, der optager elektronerne.

  1. Na → Na+ + e−
  2. Cl2 + 2 e− → 2 Cl−
  3. Chlor er oxidationsmidlet, fordi det optager elektronerne. Natrium er reduktionsmidlet, fordi det afgiver dem.

Opgave 8.1.5: Hvilken ion?

Brug hovedgrupperne til at forudsige, hvilken ion hvert grundstof danner, og skriv delreaktionen.

  1. Calcium, hovedgruppe 2
  2. Lithium, hovedgruppe 1
  3. Svovl, hovedgruppe 6
  4. Iod, I2, hovedgruppe 7

Metallerne i hovedgruppe 1, 2 og 3 afgiver lige så mange elektroner som hovedgruppens nummer. Ikke-metallerne optager de elektroner, de mangler for at have 8 i den yderste skal.

Svovl har 6 elektroner i den yderste skal og mangler 2. Iod er et molekyle med to atomer, som hver mangler 1 elektron.

  1. Ca → Ca2+ + 2 e−
  2. Li → Li+ + e−
  3. S + 2 e− → S2−
  4. I2 + 2 e− → 2 I−

Opgave 8.1.6: Lige mange elektroner

Calcium reagerer med brom, og der dannes ionerne Ca2+ og Br−.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Afgives og optages der lige mange elektroner?
  3. Skriv det samlede reaktionsskema.

Brom findes som molekylet Br2. Skriv først oxidationen af calcium og reduktionen af brom hver for sig.

Calcium afgiver 2 elektroner, og et brommolekyle optager 2 elektroner. Tallene passer allerede, så delreaktionerne kan lægges sammen uden at blive ganget.

  1. Oxidation: Ca → Ca2+ + 2 e−. Reduktion: Br2 + 2 e− → 2 Br−.
  2. Ja, 2 elektroner i begge.
  3. Ca + Br2 → Ca2+ + 2 Br−

Opgave 8.1.7: Når der skal ganges

Aluminium reagerer med oxygen, og der dannes ionerne Al3+ og O2−.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Hvad skal hver delreaktion ganges med, for at der afgives og optages lige mange elektroner?
  3. Skriv det samlede reaktionsskema, og tjek ladningen.

Aluminium afgiver 3 elektroner. Et oxygenmolekyle, O2, optager 4 elektroner. Find det mindste tal, som både 3 og 4 går op i.

Det mindste fælles tal er 12. Oxidationen skal ganges med 4, og reduktionen skal ganges med 3.

  1. Oxidation: Al → Al3+ + 3 e−. Reduktion: O2 + 4 e− → 2 O2−.

  2. Oxidationen ganges med 4, og reduktionen ganges med 3. Så er der 12 elektroner i begge.

  3. 4 Al + 3 O2 → 4 Al3+ + 6 O2−. Ladningen er 0 til venstre, og til højre er den også 0:

    \[ \text{ladning til højre} = 4 \cdot (+3) + 6 \cdot (-2) = 0 \]

Opgave 8.1.8: Magnesium, der brænder

Et stykke magnesiumbånd på 2,43 g brændes af.

2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)

  1. Beregn massen af det magnesiumoxid, der dannes.
  2. Forklar, hvorfor det hvide pulver vejer mere end magnesiumbåndet.

Brug mængdeberegningsskemaet fra afsnit 4.5: ned til stofmængden af magnesium, på tværs til magnesiumoxid og op til massen.

Molarmasserne er 24,31 g/mol for Mg og 40,31 g/mol for MgO. Forholdet er 2 : 2.

\[ n(\mathrm{Mg}) = \frac{m}{M} = \frac{2{,}43\ \mathrm{g}}{24{,}31\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}100\ \mathrm{mol} \]

\[ n(\mathrm{MgO}) = \frac{2}{2} \cdot 0{,}100\ \mathrm{mol} = 0{,}100\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{MgO}) = n \cdot M = 0{,}100\ \mathrm{mol} \cdot 40{,}31\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 4{,}03\ \mathrm{g} \]

Der dannes 4,03 g magnesiumoxid. Pulveret vejer mere end båndet, fordi oxygen fra luften er blevet bundet til magnesium.

Opgaver med fødevaretema

Redoxreaktioner sker også i køkkenet og i kroppen.

Opgave 8.1.mad.1: Det brune æble

Et æble, der er skåret over, bliver brunt på snitfladen efter nogle minutter. Stoffer i æblet afgiver elektroner til oxygen fra luften.

  1. Bliver stofferne i æblet oxideret eller reduceret?
  2. Hvad sker der med oxygen?
  3. Æblestykker i en lukket pose uden luft bliver ikke brune. Forklar hvorfor.

Det stof, der afgiver elektroner, bliver oxideret.

En oxidation kan kun ske, hvis der er et andet stof, der kan optage elektronerne.

  1. De bliver oxideret, fordi de afgiver elektroner.
  2. Oxygen optager elektronerne og bliver reduceret.
  3. Uden luft er der ingen oxygen til at optage elektronerne. Så kan stofferne i æblet ikke blive oxideret.

Opgave 8.1.mad.2: Håndvarmeren i madpakken

En engangshåndvarmer indeholder jernpulver. Når posen åbnes, reagerer jernet med oxygen fra luften, og der bliver afgivet varme. Jern bliver til jern(II)ioner, og oxygen bliver til oxidioner.

  1. Skriv delreaktionen for jern. Er det en oxidation eller en reduktion?
  2. Skriv delreaktionen for oxygen, O2.
  3. Skriv det samlede, afstemte reaktionsskema.
  4. Et jernsøm reagerer kun langsomt med luften. Hvorfor har man lavet jernet til et fint pulver i håndvarmeren?

Jern(II)ionen er Fe2+, og oxidionen er O2−. Skriv delreaktionerne med elektroner, så ladningen passer.

Jern afgiver 2 elektroner, og et oxygenmolekyle optager 4. Oxidationen skal ganges med 2.

  1. Fe → Fe2+ + 2 e−. Det er en oxidation.
  2. O2 + 4 e− → 2 O2−
  3. 2 Fe + O2 → 2 Fe2+ + 2 O2−. Det kan også skrives 2 Fe + O2 → 2 FeO.
  4. Et pulver har en meget større overflade end et søm. Flere jernatomer er i kontakt med luften, så reaktionen går hurtigere og afgiver varmen på kort tid.

Opgave 8.1.mad.3: Citronsaft på avocadoen

Mange drypper citronsaft på avocado og æbler, så de ikke bliver brune. Citronsaft indeholder C-vitamin, som meget let afgiver elektroner til oxygen.

  1. Bliver C-vitamin oxideret eller reduceret af oxygen?
  2. Forklar, hvorfor frugten ikke bliver brun, så længe der er C-vitamin på overfladen.
  3. Stoffer som C-vitamin kaldes antioxidanter. Forklar ordet.

Både C-vitamin og stofferne i frugten kan afgive elektroner til oxygen. Tænk over, hvem der kommer først.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • C-vitamin afgiver … til oxygen og bliver derfor …
  • Oxygen reagerer med … i stedet for med …
  • Anti betyder imod, så en antioxidant …
  1. C-vitamin bliver oxideret, fordi det afgiver elektroner.
  2. Oxygen reagerer med C-vitaminet i stedet for med stofferne i frugten. Først når C-vitaminet er brugt op, kan frugten blive brun.
  3. Anti betyder imod. En antioxidant modvirker, at andre stoffer bliver oxideret, fordi den selv bliver oxideret i stedet.

Opgaver med klimatema

I et batteri flytter elektroner fra ét stof til et andet gennem en ledning. Opgaverne træner det samme som opgave 8.1.1 til 8.1.8, men handler alle om batterier og brændselsceller. Baggrunden står på siden Tema: Batterier og rust.

Opgave 8.1.klima.1: Redox i et batteri

I et batteri afgiver et metal elektroner, og et andet stof optager dem.

  1. Hvad kaldes det, når et stof afgiver elektroner?
  2. Hvad kaldes det, når et stof optager elektroner?
  3. Hvorfor kan et batteri ikke levere strøm, hvis kun den ene af de to ting sker?
  4. Hvad kaldes den samlede reaktion?

Læs afsnittet Oxidation og reduktion i afsnit 8.1.

Elektroner kan ikke forsvinde. De elektroner, det ene stof afgiver, skal et andet stof tage imod.

  1. En oxidation
  2. En reduktion
  3. De elektroner, der bliver afgivet, skal optages af et andet stof. En oxidation og en reduktion sker derfor altid samtidig.
  4. En redoxreaktion

Opgave 8.1.klima.2: Delreaktioner i batterier

Afgør for hver delreaktion, om den er en oxidation eller en reduktion.

  1. I et lithiumbatteri: Li → Li+ + e−
  2. I et almindeligt batteri: Zn → Zn2+ + 2 e−
  3. I et zink-luft-batteri: O2 + 4 e− → 2 O2−
  4. I en brændselscelle: H2 → 2 H+ + 2 e−
  5. I et knapbatteri: Ag+ + e− → Ag

Se, hvilken side af pilen elektronerne står på.

Står elektronerne til højre, bliver de afgivet, og det er en oxidation. Står de til venstre, bliver de optaget, og det er en reduktion.

  1. Oxidation
  2. Oxidation
  3. Reduktion
  4. Oxidation
  5. Reduktion

Opgave 8.1.klima.3: Sæt elektronerne på i batteriet

Gør delreaktionerne færdige ved at skrive det rigtige antal elektroner på den rigtige side.

  1. Li → Li+
  2. Na → Na+
  3. Zn → Zn2+
  4. Pb → Pb2+
  5. I2 → 2 I−

Ladningen skal være den samme på begge sider af pilen. En elektron har ladningen 1−.

Et metal afgiver elektroner, så de skal stå til højre. I spørgsmål e optager hvert iodatom én elektron, og der er to atomer.

  1. Li → Li+ + e−
  2. Na → Na+ + e−
  3. Zn → Zn2+ + 2 e−
  4. Pb → Pb2+ + 2 e−
  5. I2 + 2 e− → 2 I−

Opgave 8.1.klima.4: Batteriet i en pacemaker

Batteriet i en pacemaker bruger lithium og iod:

2 Li + I2 → 2 Li+ + 2 I−

  1. Skriv delreaktionen for oxidationen.
  2. Skriv delreaktionen for reduktionen.
  3. Hvilket stof er oxidationsmidlet, og hvilket er reduktionsmidlet?

Find ud af, hvilket stof der afgiver elektroner, og hvilket der optager dem. Lithium bliver til en positiv ion.

Oxidationsmidlet er det stof, der optager elektronerne. Reduktionsmidlet er det stof, der afgiver dem.

  1. Li → Li+ + e−
  2. I2 + 2 e− → 2 I−
  3. Iod er oxidationsmidlet, og lithium er reduktionsmidlet.

Opgave 8.1.klima.5: Grundstoffer til nye batterier

Brug hovedgrupperne til at forudsige, hvilken ion hvert grundstof danner, og skriv delreaktionen.

  1. Natrium, hovedgruppe 1
  2. Magnesium, hovedgruppe 2
  3. Svovl, hovedgruppe 6
  4. Oxygen, O2, hovedgruppe 6

Metallerne i hovedgruppe 1 og 2 afgiver elektroner, til de har en fuld skal. Ikke-metallerne i hovedgruppe 6 optager to elektroner.

Natrium danner Na+, og magnesium danner Mg2+. I spørgsmål d er der to oxygenatomer, som hver optager to elektroner.

  1. Na → Na+ + e−
  2. Mg → Mg2+ + 2 e−
  3. S + 2 e− → S2−
  4. O2 + 4 e− → 2 O2−

Opgave 8.1.klima.6: Et batteri af zink og brom

Store batterier, der gemmer strøm fra solceller, kan bruge zink og brom. Der dannes ionerne Zn2+ og Br−.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Afgives og optages der lige mange elektroner?
  3. Skriv det samlede reaktionsskema.

Zink afgiver elektroner. Brom findes som molekylet Br2, og hvert atom optager én elektron.

Zink afgiver 2 elektroner, og Br2 optager 2 elektroner. De to delreaktioner kan derfor lægges sammen, som de er.

  1. Oxidation: Zn → Zn2+ + 2 e−. Reduktion: Br2 + 2 e− → 2 Br−.
  2. Ja. Der afgives 2 elektroner, og der optages 2.
  3. Zn + Br2 → Zn2+ + 2 Br−

Opgave 8.1.klima.7: Et batteri af natrium og svovl

Nogle store batterier bruger natrium og svovl. Der dannes ionerne Na+ og S2−.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Hvad skal hver delreaktion ganges med, for at der afgives og optages lige mange elektroner?
  3. Skriv det samlede reaktionsskema, og tjek ladningen.

Natrium afgiver 1 elektron. Et svovlatom optager 2 elektroner.

Oxidationen skal ganges med 2. Så afgives der 2 elektroner, og det er lige så mange, som svovl optager.

  1. Oxidation: Na → Na+ + e−. Reduktion: S + 2 e− → S2−.

  2. Oxidationen ganges med 2, og reduktionen ganges med 1. Så er der 2 elektroner i begge.

  3. 2 Na + S → 2 Na+ + S2−. Ladningen er 0 til venstre, og til højre er den også 0:

    \[ \text{ladning til højre} = 2 \cdot (+1) + (-2) = 0 \]

Opgave 8.1.klima.8: Batteriet i et høreapparat

Et zink-luft-batteri i et høreapparat indeholder 0,654 g zink. Mens batteriet bruges, reagerer zinken med oxygen fra luften.

2 Zn(s) + O2(g) → 2 ZnO(s)

  1. Beregn massen af det zinkoxid, der er dannet, når al zinken er brugt.
  2. Forklar, hvorfor batteriet vejer mere, når det er brugt op, end da det var nyt.

Brug de tre trin fra afsnit 4.5: beregn stofmængden af zink, find stofmængden af zinkoxid med koefficienterne, og beregn massen.

Molarmasserne er 65,38 g/mol for Zn og 81,38 g/mol for ZnO. Forholdet er 2 : 2, så der dannes lige så mange mol zinkoxid, som der bruges zink.

  1. Massen af zinkoxid er

\[ n(\mathrm{Zn}) = \frac{m}{M} = \frac{0{,}654\ \mathrm{g}}{65{,}38\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}0100\ \mathrm{mol} \]

\[ n(\mathrm{ZnO}) = \frac{2}{2} \cdot 0{,}0100\ \mathrm{mol} = 0{,}0100\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{ZnO}) = n \cdot M = 0{,}0100\ \mathrm{mol} \cdot 81{,}38\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}814\ \mathrm{g} \]

  1. Oxygenatomerne fra luften er blevet bundet til zinken. Zinkoxidet vejer derfor mere end den zink, batteriet begyndte med.