Opgaver til 8.4

Opgaverne hører til afsnit 8.4 Afstemning af redoxreaktioner. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Hav de fem trin fra afsnittet fremme, og skriv hvert trin op for sig.

Opgave 8.4.1: Stigning og fald

Jern(II)ioner reagerer med chlor:

Fe2+ + Cl2 → Fe3+ + Cl−

  1. Hvor meget stiger oxidationstallet for ét jernatom?
  2. Hvor meget falder oxidationstallet for ét chloratom, og hvor meget falder det for hele molekylet Cl2?
  3. Afstem reaktionsskemaet.

Jern går fra +II til +III. Chlor går fra 0 til −I. Den samlede stigning skal være lige så stor som det samlede fald.

Cl2 har to atomer, som hver falder 1. Det er 2 i alt. Der skal derfor 2 jernioner til hvert chlormolekyle.

  1. 1
  2. 1 for ét atom og 2 for hele molekylet
  3. 2 Fe2+ + Cl2 → 2 Fe3+ + 2 Cl−. Ladningen er +4 på begge sider.

Opgave 8.4.2: Tæl ladningen

Find den samlede ladning på hver side af pilen.

  1. 5 Fe2+ + MnO4− → 5 Fe3+ + Mn2+
  2. 3 Cu + 2 NO3− → 3 Cu2+ + 2 NO
  3. Hvor mange H+ skal der tilføjes i hvert skema, og på hvilken side?

Gang tallet foran hvert stof med stoffets ladning, og læg sammen. Stoffer uden ladning tæller 0.

I skema b er ladningen

\[ \begin{aligned} \text{ladning til venstre} &= 2 \cdot (-1) = -2 \\ \text{ladning til højre} &= 3 \cdot (+2) = +6 \end{aligned} \]

H+ skal stå på den side, der har den laveste ladning.

  1. +9 til venstre og +17 til højre
  2. −2 til venstre og +6 til højre
  3. I begge skemaer mangler der 8 plusser til venstre. Der skal tilføjes 8 H+ på venstre side.

Opgave 8.4.3: Kobber og nitrat

Kobber reagerer med salpetersyre. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Cu + NO3− → Cu2+ + NO

Kobber stiger fra 0 til +II. Nitrogen falder fra +V i NO3− til +II i NO. Find det mindste tal, som både 2 og 3 går op i.

Efter trin 2 hedder skemaet 3 Cu + 2 NO3− → 3 Cu2+ + 2 NO. Ladningen er −2 til venstre og +6 til højre. Tilføj H+ til venstre og derefter H2O til højre.

Trin Reaktionsskema
1 Cu stiger 2, og N falder 3.
2 3 Cu + 2 NO3− → 3 Cu2+ + 2 NO
3 3 Cu + 2 NO3− + 8 H+ → 3 Cu2+ + 2 NO
4 3 Cu + 2 NO3− + 8 H+ → 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O
5 Der er 6 O på begge sider.

Opgave 8.4.4: Hydrogenperoxid og iodid

Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

H2O2 + I− → I2 + H2O

I hydrogenperoxid har oxygen −I. I vand har oxygen −II. Iod går fra −I til 0.

H2O2 har to oxygenatomer, som hver falder 1. Det er 2 i alt, så der skal 2 I− til. De bliver til ét I2. Afstem derefter ladningen med H+.

H2O2 + 2 I− + 2 H+ → I2 + 2 H2O

Ladningen er 0 på begge sider, og der er 4 H og 2 O på begge sider.

Opgave 8.4.5: Zink og nitrat

Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Zn + NO3− → Zn2+ + NH4+

Zink stiger fra 0 til +II. Nitrogen falder fra +V i NO3− til −III i NH4+. Det er et fald på 8.

Der skal 4 zinkatomer til 1 nitration. Ladningen er −1 til venstre, og til højre er den

\[ \text{ladning til højre} = 4 \cdot (+2) + (+1) = +9 \]

Der mangler 10 plusser til venstre.

4 Zn + NO3− + 10 H+ → 4 Zn2+ + NH4+ + 3 H2O

Ladningen er +9 på begge sider. Der er 10 H og 3 O på begge sider.

Opgave 8.4.6: Basisk opløsning

Afstem reaktionsskemaet i basisk opløsning.

MnO4− + I− → MnO2 + I2

Mangan falder fra +VII til +IV, altså 3. Iod stiger fra −I til 0, altså 1 for hvert atom. Husk, at I2 indeholder to iodatomer, så antallet af I− skal være et lige tal.

Efter trin 2 hedder skemaet 2 MnO4− + 6 I− → 2 MnO2 + 3 I2. Ladningen er −8 til venstre og 0 til højre. I basisk opløsning tilføjes OH− på den side, der mangler minusser.

2 MnO4− + 6 I− + 4 H2O → 2 MnO2 + 3 I2 + 8 OH−

Ladningen er −8 på begge sider. Der er 8 H og 12 O på begge sider.

Opgave 8.4.7: Mangans farver

Brug figuren med mangans farver.

  1. Hvilken farve har en opløsning af kaliumpermanganat?
  2. Der tilsættes et reduktionsmiddel til permanganat i en sur opløsning. Hvad ser man, og hvilken ion er der dannet?
  3. I et andet forsøg bliver opløsningen grøn. Hvad er oxidationstallet for mangan nu?
  4. I et tredje forsøg kommer der et brunt bundfald. Hvilket stof er det?

Hvert af de fire bægerglas i figuren har sin farve, sin formel og sit oxidationstal.

Se også tabellen under figuren. Den viser, hvad permanganat bliver til i en sur, en neutral og en stærkt basisk opløsning.

  1. Violet
  2. Den violette farve forsvinder. Der er dannet Mn2+, som er næsten farveløs.
  3. +VI. Det grønne stof er manganat, MnO42−.
  4. Mangan(IV)oxid, MnO2

Opgave 8.4.8: Permanganat og hydrogenperoxid

Hydrogenperoxid reagerer med violet permanganat i en sur opløsning:

MnO4− + H2O2 → Mn2+ + O2

  1. Find oxidationstallet for oxygen i H2O2 og i O2.
  2. Hvor meget stiger oxidationstallet for hele molekylet H2O2, og hvor meget falder det for mangan?
  3. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.
  4. Hvad ser man, mens reaktionen foregår?

Oxygen går fra −I i H2O2 til 0 i O2. Mangan går fra +VII i MnO4− til +II i Mn2+.

H2O2 har to oxygenatomer, som hver stiger 1. Det mindste tal, som både 2 og 5 går op i, er 10, så der skal 2 MnO4− til 5 H2O2. Brug tabellen under mangans farver til spørgsmål d.

  1. −I i H2O2 og 0 i O2

  2. Det stiger 2 for H2O2 og falder 5 for mangan.

  3. De fem trin giver:

    Trin Reaktionsskema
    1 O stiger 1 for hvert atom, altså 2 for H2O2, og Mn falder 5.
    2 2 MnO4− + 5 H2O2 → 2 Mn2+ + 5 O2
    3 2 MnO4− + 5 H2O2 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 O2
    4 2 MnO4− + 5 H2O2 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O
    5 Der er 18 O på begge sider.

    I trin 3 er ladningen −2 til venstre og +4 til højre, så der skal 6 H+ til venstre.

  4. Den violette farve forsvinder, fordi permanganat bliver til Mn2+, og der kommer bobler af oxygen.

Opgaver med fødevaretema

C-vitamin, sulfit og chlor bruges i mad og drikkevand, fordi de let indgår i redoxreaktioner.

Opgave 8.4.mad.1: Jern og C-vitamin

Kroppen optager jern(II) bedre end jern(III). Derfor indeholder mange jerntabletter også C-vitamin, C6H8O6, som omdanner jern(III) til jern(II):

Fe3+ + C6H8O6 → Fe2+ + C6H6O6

Ét molekyle C-vitamin afgiver 2 elektroner, så den samlede stigning for C-vitamin er 2.

  1. Hvor meget falder oxidationstallet for jern?
  2. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.
  3. Bliver C-vitamin oxideret eller reduceret?

Jern går fra +III til +II. Den samlede stigning skal være lige så stor som det samlede fald.

Der skal 2 Fe3+ til hvert C-vitaminmolekyle. Så er ladningen +6 til venstre og +4 til højre, og H+ skal stå på den side, der har den laveste ladning.

  1. Det falder 1.

  2. De fem trin giver:

    Trin Reaktionsskema
    1 Fe falder 1, og C-vitamin stiger 2.
    2 2 Fe3+ + C6H8O6 → 2 Fe2+ + C6H6O6
    3 2 Fe3+ + C6H8O6 → 2 Fe2+ + C6H6O6 + 2 H+
    4 Der er 8 H på begge sider, så der skal ikke tilføjes H2O.
    5 Der er 6 O på begge sider.

    I trin 3 er ladningen +6 til venstre og +4 til højre, så der skal 2 H+ til højre.

  3. Oxideret, fordi C-vitamin afgiver elektroner til jern(III).

Opgave 8.4.mad.2: Sulfit i vin

Sulfit, SO32−, tilsættes vin, fordi det reagerer med oxygen, før oxygen når at ændre smagen af vinen:

SO32− + O2 → SO42−

  1. Find oxidationstallet for svovl i sulfit og i sulfat.
  2. Afstem reaktionsskemaet.
  3. Er sulfit et oxidationsmiddel eller et reduktionsmiddel?

Summen af oxidationstallene skal være ionens ladning. Oxygen falder fra 0 i O2 til −II i sulfat, altså 4 for hele molekylet O2.

Svovl stiger 2, så der skal 2 SO32− til hvert O2. Tæl derefter ladningen på begge sider.

  1. S står for oxidationstallet for svovl, og O står for oxidationstallet for oxygen. I sulfit er

    \[ \begin{aligned} \mathrm{S} + 3 \cdot \mathrm{O} &= \text{ladning} \\ \mathrm{S} + 3 \cdot (-2) &= -2 \\ \mathrm{S} &= 4 \end{aligned} \]

    Svovl har +IV i sulfit og +VI i sulfat, som i eksemplet i afsnit 8.3.

  2. 2 SO32− + O2 → 2 SO42−. Ladningen er −4 på begge sider, så der skal hverken tilføjes H+ eller H2O, og der er 8 O på begge sider.

  3. Et reduktionsmiddel, fordi sulfit afgiver elektroner til oxygen.

Opgave 8.4.mad.3: Chlor i drikkevand

I nogle lande tilsættes der chlor til drikkevandet for at dræbe bakterier. Chlor er et oxidationsmiddel. Det kan fjernes igen med C-vitamin eller med sulfit:

Cl2 + SO32− → Cl− + SO42−

  1. Find oxidationstallet for svovl i sulfit og i sulfat.
  2. Hvor meget falder oxidationstallet for hele molekylet Cl2?
  3. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Svovl stiger fra +IV til +VI. Hvert chloratom falder fra 0 til −I.

Stigning og fald er begge 2, så der skal 1 Cl2 til 1 SO32−, og der dannes 2 Cl−. Ladningen er −2 til venstre og −4 til højre. Der mangler 2 plusser til højre. Afstem til sidst hydrogen med H2O.

  1. +IV i sulfit og +VI i sulfat
  2. 2
  3. Cl2 + SO32− + H2O → 2 Cl− + SO42− + 2 H+

Ladningen er −2 på begge sider. Der er 2 H og 4 O på begge sider.

Opgaver med klimatema

Reaktionerne i batterier, i forurenet vand og i røg kan afstemmes med de samme fem trin. Opgaverne træner det samme som opgave 8.4.1 til 8.4.8, men handler alle om klima og miljø. Baggrunden står på siden Tema: Batterier og rust.

Opgave 8.4.klima.1: Et batteri af lithium og luft

I et lithium-luft-batteri reagerer lithium med oxygen fra luften:

Li + O2 → Li+ + O2−

  1. Hvor meget stiger oxidationstallet for ét lithiumatom?
  2. Hvor meget falder oxidationstallet for ét oxygenatom, og hvor meget falder det for hele molekylet O2?
  3. Afstem reaktionsskemaet.

Lithium går fra 0 til +I. Oxygen går fra 0 til −II. Den samlede stigning skal være lige så stor som det samlede fald.

O2 har to atomer, som hver falder 2. Det er 4 i alt. Der skal derfor 4 lithiumatomer til hvert oxygenmolekyle.

  1. 1
  2. 2 for ét atom og 4 for hele molekylet
  3. 4 Li + O2 → 4 Li+ + 2 O2−. Ladningen er 0 på begge sider.

Opgave 8.4.klima.2: Tæl ladningen i genbrug og batteri

Find den samlede ladning på hver side af pilen.

  1. Kobber fra gamle ledninger opløses i syre: Cu + 2 NO3− → Cu2+ + 2 NO2
  2. Et bilbatteri bliver brugt: Pb + PbO2 + 2 SO42− → 2 PbSO4
  3. Hvor mange H+ skal der tilføjes i hvert skema, og på hvilken side?

Gang ladningen på hver ion med tallet foran, og læg sammen. Stoffer uden ladning tæller 0.

I skema a er ladningen +2 til højre, og til venstre er den

\[ \text{ladning til venstre} = 2 \cdot (-1) = -2 \]

H+ skal sættes på den side, der er mest negativ.

  1. −2 til venstre og +2 til højre
  2. −4 til venstre og 0 til højre
  3. I begge skemaer skal der tilføjes 4 H+ til venstre.

Opgave 8.4.klima.3: Okker i vandløb

Vand fra gamle brunkulsgrave indeholder jern(II)ioner. Når vandet møder luftens oxygen, dannes der jern(III)ioner, som farver vandløbet rødbrunt. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Fe2+ + O2 → Fe3+ + H2O

Jern stiger fra +II til +III. Oxygen falder fra 0 i O2 til −II i H2O. Husk, at O2 har to atomer.

Efter trin 2 hedder skemaet 4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + H2O. Ladningen er +8 til venstre og +12 til højre. Tilføj H+ til venstre, og ret derefter antallet af H2O til højre.

Trin Reaktionsskema
1 Fe stiger 1, og hvert O falder 2. Det er 4 for hele O2.
2 4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + H2O
3 4 Fe2+ + O2 + 4 H+ → 4 Fe3+ + H2O
4 4 Fe2+ + O2 + 4 H+ → 4 Fe3+ + 2 H2O
5 Der er 2 O på begge sider.

Opgave 8.4.klima.4: Sølv fra brugt elektronik

Sølv fra printplader kan opløses i salpetersyre. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Ag + NO3− → Ag+ + NO

Sølv stiger fra 0 til +I. Nitrogen falder fra +V i NO3− til +II i NO.

Efter trin 2 hedder skemaet 3 Ag + NO3− → 3 Ag+ + NO. Ladningen er −1 til venstre og +3 til højre. Tilføj H+ til venstre og derefter H2O til højre.

Trin Reaktionsskema
1 Ag stiger 1, og N falder 3.
2 3 Ag + NO3− → 3 Ag+ + NO
3 3 Ag + NO3− + 4 H+ → 3 Ag+ + NO
4 3 Ag + NO3− + 4 H+ → 3 Ag+ + NO + 2 H2O
5 Der er 3 O på begge sider.

Opgave 8.4.klima.5: Svovldioxid i røg

Svovldioxid fra røg kan måles med permanganat. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

SO2 + MnO4− → SO42− + Mn2+

Svovl stiger fra +IV i SO2 til +VI i SO42−. Mangan falder fra +VII i MnO4− til +II. Find det mindste tal, som både 2 og 5 går op i.

Efter trin 2 hedder skemaet 5 SO2 + 2 MnO4− → 5 SO42− + 2 Mn2+. Ladningen er −2 til venstre og −6 til højre. Denne gang er højre side mest negativ, så H+ skal tilføjes til højre og H2O til venstre.

Trin Reaktionsskema
1 S stiger 2, og Mn falder 5.
2 5 SO2 + 2 MnO4− → 5 SO42− + 2 Mn2+
3 5 SO2 + 2 MnO4− → 5 SO42− + 2 Mn2+ + 4 H+
4 5 SO2 + 2 MnO4− + 2 H2O → 5 SO42− + 2 Mn2+ + 4 H+
5 Der er 20 O på begge sider.

Opgave 8.4.klima.6: Zink-luft-batteriet i basisk opløsning

I et zink-luft-batteri er væsken basisk. Afstem reaktionsskemaet i basisk opløsning.

Zn + O2 → Zn2+ + OH−

Zink stiger fra 0 til +II. Oxygen falder fra 0 i O2 til −II i OH−. I basisk opløsning afstemmes ladningen med OH−.

Efter trin 2 er der 2 Zn og 1 O2 til venstre og 2 Zn2+ til højre. Ladningen er 0 til venstre og +4 til højre, så der skal stå 4 OH− til højre. Tilføj derefter H2O til venstre.

Trin Reaktionsskema
1 Zn stiger 2, og hvert O falder 2. Det er 4 for hele O2.
2 2 Zn + O2 → 2 Zn2+ + OH−
3 2 Zn + O2 → 2 Zn2+ + 4 OH−
4 2 Zn + O2 + 2 H2O → 2 Zn2+ + 4 OH−
5 Der er 4 O på begge sider.

Opgave 8.4.klima.7: Mangan i batterier og drikkevand

Brug figuren med mangans farver.

  1. I et almindeligt batteri sidder der brunsten, MnO2. Hvad er oxidationstallet for mangan i brunsten?
  2. Hvilken farve har brunsten?
  3. Når batteriet bliver brugt, bliver mangan reduceret. Stiger eller falder oxidationstallet?
  4. Vandværker kan rense vand med den violette ion MnO4−. I vandet dannes der et brunt bundfald. Hvilket stof er det?

Find MnO2 i figuren. Oxidationstallet står ved hvert stof.

I MnO2 giver to oxygenatomer −4 i alt, så mangan skal have +IV. En reduktion betyder, at oxidationstallet falder.

  1. +IV
  2. Brun
  3. Det falder.
  4. Brunsten, MnO2

Opgave 8.4.klima.8: Jern i et syrebad

Rust fjernes fra stål ved at dyppe stålet i syre. Bagefter indeholder syrebadet jern(II)ioner. Før syrebadet bliver renset, tilsættes hydrogenperoxid, som oxiderer jern(II) til jern(III):

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + H2O

  1. Find oxidationstallet for oxygen i H2O2 og i H2O.
  2. Hvad bliver oxideret, og hvad bliver reduceret?
  3. Afstem reaktionsskemaet i sur opløsning.

Hydrogenperoxid er en undtagelse fra reglerne i afsnit 8.3: oxygen har −I. Jern går fra +II til +III.

H2O2 har to oxygenatomer, som hver falder 1. Det er 2 i alt, så der skal 2 Fe2+ til hvert H2O2. Så er ladningen +4 til venstre og +6 til højre.

  1. −I i H2O2 og −II i H2O

  2. Jern bliver oxideret fra +II til +III, og oxygen bliver reduceret fra −I til −II.

  3. De fem trin giver:

    Trin Reaktionsskema
    1 Fe stiger 1, og O falder 1 for hvert atom, altså 2 for H2O2.
    2 2 Fe2+ + H2O2 → 2 Fe3+ + H2O
    3 2 Fe2+ + H2O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ + H2O
    4 2 Fe2+ + H2O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ + 2 H2O
    5 Der er 2 O på begge sider.