Oxidációs számok, redoxiszerek és rendezés félreakciókkal

Mit rögzít az oxidációs szám

Az oxidációs szám az a töltés, amelyet egy atom hordozna, ha a különböző atomok közötti minden kötés teljesen ionos lenne, a közös elektronokat az elektronegatívabb atomhoz rendelve; az azonos atomok között megosztott elektronokat egyenlően osztjuk meg. Ez formális számlálás, nem mért töltés. A vízben az oxigénhez −2-t, minden hidrogénhez +1-et rendelünk, noha a valódi részleges töltések sokkal kisebbek.

Az oxidáció az oxidációs szám növekedése, ami elektronvesztésnek felel meg. A redukció az oxidációs szám csökkenése, elektronfelvétel. A kettő mindig együtt megy végbe, mert az egyik részecske által leadott elektronokat egy másiknak fel kell vennie. Bármely redoxiegyenletben az oxidációs szám összes növekedése egyenlő az összes csökkenéssel, és minden rendezési módszer erre az egyenlőségre épül.

Oxidációs számok megadása prioritási sorrendben

Alkalmazza a szabályokat a lista tetejétől lefelé. Ha két szabály ütközik, a magasabb nyer, és a képlet utolsó ismeretlen atomját különbséggel találja meg.

A dihidrogén-foszfát-ionra, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, így P = +5. A tetrationát-ionra, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, így a négy kénatom összesen +10, az átlag pedig +2.5. A tört eredmény azt jelenti, hogy ugyanazon elem atomjai különböző környezetben vannak, és a megadott szám átlag. A magnetit, Fe₃O₄ átlaga +8/3, mert minden két Fe³⁺-ra egy Fe²⁺ jut.

• A tiszta elemben lévő atom 0 (Fe, O₂, S₈).
• Az egyatomos ion egyenlő a töltésével (az Mg²⁺ +2, a Br⁻ −1).
• A képletben lévő oxidációs számok összege egyenlő az összes töltéssel.
• A fluor −1 minden vegyületében.
• Az 1. csoport fémei +1, a 2. csoport fémei +2 a vegyületekben.
• A hidrogén +1 a nemfémekkel, és −1 a fém-hidridekben, például az NaH-ban.
• Az oxigén általában −2, de −1 a peroxidokban (H₂O₂), −½ a szuperoxidokban (KO₂), és +2 az OF₂-ben.
• A klór, a bróm és a jód általában −1, kivéve, ha oxigénhez vagy könnyebb halogénhez kötődik.

Az oxidálószer és a redukálószer megnevezése

Az oxidálószer elektronokat vesz fel, és más oxidációját okozza, így maga redukálódik. A redukálószer elektronokat ad le, és maga oxidálódik. Az egész részecskét nevezze meg, ne egyetlen atomot.

Vegyük a 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) egyenletet. A vas +2-ről +3-ra emelkedik, így az Fe²⁺ oxidálódik, és redukálószer. Az oxigén a peroxidban −1-ről a vízben −2-re csökken, így a H₂O₂ redukálódik, és oxidálószer. A hidrogén végig +1 marad. Két vasion egyenként egy elektront veszít, és két peroxid-oxigénatom egyenként egyet nyer, így két elektron vész el, és kettő nyerődik.

Egy részecske mindkét szerepet betöltheti. A Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O reakcióban az egyik klóratom 0-ról −1-re, a másik 0-ról +1-re változik. Ez a diszproporció, és a Cl₂ egyszerre oxidálószer és redukálószer.

Rendezés félreakciókkal savas közegben

Az oxidáció és a redukció szétválasztása lehetővé teszi, hogy az egyes elektronátmeneteket külön rendezze, majd egyesítse a feleket úgy, hogy az elektronok kiessenek. A víz oxigénatomokat, a H⁺ hidrogénatomokat szolgáltat, mert ezek a savas vízben ténylegesen jelen lévő részecskék.

1. megoldott példa. Savban a dikromát oxidálja a nitritet: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. A króm +6-ról +3-ra, a nitrogén +3-ról +5-re változik. Oxidációs fél: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, mindkét oldalon −1 töltéssel. Redukciós fél: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, mindkét oldalon +6 töltéssel. A hat elektron megfelel két krómatomnak, amelyek egyenként három egységgel változnak.

Szorozza meg az oxidációs felet 3-mal, hogy mindkét fél 6e⁻-t érintsen, majd adja össze: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Ejtsen ki 6H⁺-t és 3H₂O-t mindkét oldalról: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Ellenőrzés: Cr 2 és 2; N 3 és 3; O 7 + 6 = 13 és 9 + 4 = 13; H 8 és 8; töltés −2 + 8 − 3 = +3 és +6 − 3 = +3.

• Bontsa a vázegyenletet oxidációs és redukciós félre.
• Rendezzen minden elemet, kivéve az O-t és a H-t.
• Az O-t H₂O hozzáadásával rendezze, majd a H-t H⁺ hozzáadásával.
• A töltést elektronok hozzáadásával rendezze a pozitívabb oldalon.
• Skálázza a feleket, hogy az elektronok egyezzenek, adja össze őket, és ejtsen ki mindent, ami mindkét oldalon szerepel.
• Ellenőrizze az atomokat és a töltést, és győződjön meg róla, hogy nem maradt elektron.

A módszer átalakítása lúgos közegre

Lúgos közegben az OH⁻ bőséges, és a végső egyenlet nem tartalmazhat H⁺-t. Rendezzen úgy, mintha az oldat savas lenne, majd adjon mindkét oldalhoz annyi OH⁻-t, hogy minden H⁺ vízzé alakuljon. Ha mindkét oldalhoz ugyanazt a részecskét adja, az egyenlet rendezett marad.

2. megoldott példa. A hipoklorit lúgban króm(III)-hidroxidot kromáttá oxidál: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. A króm +3-ról +6-ra, a klór +1-ről −1-re változik. Oxidációs fél: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Redukciós fél: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. A 3 és a 2 legkisebb közös többszöröse 6, ezért duplázza meg az első felet, és triplázza meg a másodikat.

Az összeadás és a kiejtés 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O-t ad. Adjon 4OH⁻-t mindkét oldalhoz; a jobb oldalon a 4H⁺ + 4OH⁻ 4H₂O lesz. Végül: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Ellenőrzés: Cr 2 és 2; Cl 3 és 3; O 6 + 3 + 4 = 13 és 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 és 10; töltés mindkét oldalon −7.

Gyakori hibák a redoxi könyvelésben

A legtöbb redoxihiba könyvelési hiba, és mindegyikhez van külön ellenőrzés.

Utolsó próbaként csak az oxidációs számokkal győződjön meg arról, hogy a leadott elektronok egyenlők a felvettekkel. A 2. megoldott példában két krómatom egyenként 3 elektront veszít (összesen 6-ot), és három klóratom egyenként 2-t nyer (szintén 6-ot).

• Atom megnevezése szerként: azt írja, hogy a Cr₂O₇²⁻ az oxidálószer, nem a króm.
• A változás atomonkénti, de nem képletenkénti számolása: a Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ 6 elektront igényel, nem 3-at.
• Az elektronok rossz oldalra írása: az oxidációs félben termékek, a redukciós félben reaktánsok. Ha a töltésellenőrzés nem sikerül, először itt keresse.
• Az oxigén rendezése O-val, O₂-vel vagy O²⁻-vel a H₂O helyett. Szabad oxidionok nem léteznek vízben.
• H⁺ hagyása a lúgos közegű válaszban, vagy a víz kiejtésének elfelejtése az OH⁻ hozzáadása után.
• Annak feltételezése, hogy az oxigén mindig −2: nézze meg a peroxidokat, szuperoxidokat és az O–F kötéseket.
• A jelölések keverése: az oxidációs számot előbb az előjellel írjuk (+3); az ion töltését előbb a számmal (3+).