Oplossingen bij de opgaven met oxidatiegetallen

Antwoorden Bijlage VI
Oxidatiegetallen
1.
Geef bij de volgende reactievergelijkingen steeds aan:
welke stof wordt er geoxideerd
+II
+I –II +I
0
+III +I +III –II –II +I
+I –II
C2H5OH + O2 ↔ CH3COOH + H2O
Alleen bij koolstof neemt het oxidatiegetal van links naar rechts toe → C
in ethaanol (C2H5OH) werd geoxideerd.
welke stof wordt gereduceerd
0
+II
+2
+III
+3
0
2 Al + 3 Fe ↔ 2 Al + 3 Fe
Alleen bij ijzer neemt het oxidatiegetal van links naar rechts af → Fe2+
werd tot Fe gereduceerd.
de oxidator
0
+I –I
0
+II
–I
Mg + 2 HCl ↔ H2 + MgCl2
Het proton van HCl-zuur (H+) haalt bij magnesium de elektronen weg;
het is een oxidator en wordt zelf gereduceerd.
de reductor
+II –II
0
0
+II –II
FeO + C ↔ Fe + CO
De reductor draagt zijn elektronen over aan een ander atoom; alleen bij
koolstof neemt het oxidatiegetal toe. Dit is een indicatie dat koolstof
elektronen heeft afgegeven. Koolstof is de reductor en wordt daarbij zelf
geoxideerd
2.
Vul de volgende reactievergelijkingen aan en schrijf boven alle elementen
de oxidatiegetallen:
(a t/m d)
0
0
+I –II
2 H2 + O2 ↔ 2 H2O
0
0
+II
–I
Mg + Cl2 ↔ MgCl2
0
0
+II –I
Fe + Cl2 ↔ FeCl2
+II –II
0
+II –II
0
HgS + Fe ↔ FeS + Hg
+I +IV –II
e.
Welk oxidatiegetal heeft zwavel in zwavelig zuur (H2SO3)en in zwavelzuur
+I +VI –II
(H2SO4)?
3.
4.
Geef voor alle atomen van de volgende verbindingen de oxidatiegetallen aan:
mierenzuur (HCOOH), perchloorzuur (HClO4), chloor (Cl2), kaliumchloride
(KCl), formaldehyde (HCHO), kaliumpermanganaat (KMnO4).
+I +II –II –II +I
+I +VII –II
HCOOH
HClO4
0
Cl2
+I –I
KCl
+I 0 +I –II
HCHO
+I +VII –II
KMnO4
Bepaal steeds het oxidatiegetal van mangaan in de volgende verbindingen:
MnO2, Mn3O4, Mn(OH)2, MnF3, KMnO4;
+IV –II
MnO2
+II, +IV –II
Mn3O4
Bijzonderheid: deze verbinding bevat drie mangaanatomen waarvan
twee het oxidatiegetal +II hebben en het andere oxidatiegetal +IV. Je
moet hier vooral rekening mee houden (aan denken) als met behulp van
de coëfficiënten geen geheel getal volgt voor het oxidatiegetal.
+II
–II +I
Mn(OH)2
+III, –I
MnF3
+I +VII –II
KMnO4
5.
Aluminium reageert met broom tot aluminiumbromide. Schrijf de
reactievergelijking op en geef aan welk element wordt geoxideerd en welk
wordt gereduceerd.
0
0
+III –II
2 Al + 3 Br2 → 2 AlBr3
De reactievergelijking is door de plaats van de elementen in het
periodiek systeem makkelijk te achterhalen. Als eerste achterhaal je aan
de hand van de valentie-elektronen op welke manier de beide
atoomsoorten met elkaar worden verbonden. En daarna maak je met
coëfficiënt en het aantal moleculen kloppend zodat links en rechts
evenveel atomen van elke soort staan.
Het oxidatiegetal van het aluminiumatoom neemt toe; het moet dus
elektronen hebben afgestaan en werd dus geoxideerd.
Het oxidatiegetal van het broomatoom neemt af; het moet dus
elektronen hebben opgenomen en zijn gereduceerd.
6.
Geef de verschillende oxidatiegetallen van koolstof aan in de volgende
verbindingen: methaan (CH4), methaanol (CH3OH), formaldehyde (HCHO),
mierenzuur (HCOOH), kooldioxide (CO2).
–IV +I
CH4
–II +I
–II +I
CH3OH
+I 0 +I –II
HCHO
+I +II –II –II +I
HCOOH
+IV –II
CO2
7.
Paars gekleurde zwavelbacteriën gebruiken licht om kooldioxide en
zwavelwaterstof om te zetten in koolhydraten en zwavel.
+IV –II
+I –II
+I
–II
0
+I –II
6 CO2 + 12 H2S ↔ (CH2O)6 + 12 S + 6 H2O
Welke stof wordt geoxideerd en welke stof wordt gereduceerd?
Bij het koolstofatoom wordt het oxidatiegetal kleiner; het heeft dus
elektronen opgenomen en werd gereduceerd. Het zwavelatoom heeft
elektronen afgegeven en werd geoxideerd.
Redoxvergelijkingen
Maak de volgende redoxvergelijkingen kloppend:
1.
Om in het laboratorium chloorgas te maken, druppel je geconcentreerd
zoutzuur op mangaan(IV)-oxide. Daarbij ontstaan ook mangaan(II)-chloride
en water.
+I -I
+IV -II
0
+II
-I
+I
-II
HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2 + H2O
reductie
oxidatie
Red.: MnO2 + 2 e- + 4 H+
Ox.: 2 HCl
→ Mn+2 + 2 H2O
→ Cl2 + 2 e- + 2 H+ +
Redox: MnO2 + 2e- + 4 H+ + 2 HCl → Mn+2 + 2 H2O + Cl2 + 2 e- + 2 H+
Redox: MnO2 + 2 H+ + 2 HCl → Mn+2 + 2 H2O + Cl2 │ +2ClRedox: MnO2 + 2 HCl + 2 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2
Redox: MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2
Let op: bij de reductie laat je de ‘onbelangrijke’ chloride-ionen weg.
Daardoor ontstaat er voor mangaan een dubbele positieve lading. Links
veroorzaakt dat 2 elektronen die nodig zijn om de oxidatiegetallen
kloppend te maken. Om van -2 tot +2 te komen, hebben we 4 H+ nodig
om de lading kloppend te maken. Dan zijn er ook meteen voldoende
waterstoffen voor de vorming van water.
Bij de oxidatie moet je erop letten dat van elk atoom evenveel
exemplaren aanwezig zijn. Het chloormolecuul bestaat uit twee
chlooratomen maar het chloorwaterstofmolecuul bevat maar een chloor.
Daarom moet je meteen aan het begin de coëfficiënt twee voor het
chloorwaterstofmolecuul zetten.
2.
3.
Als je waterstofperoxide door een met zwavelzuur aangezuurde
kaliumpermanganaatoplossing voert, dan ontstaan zuurstof en
mangaansulfaat.
+I
-I
+I +VII -II
+I +VI –II
0
+II +VI -II
H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4
oxidatie
reductie
Red.: MnO4- + 5 e- + 8 H+
Ox.: H2O2
→ Mn+2 + 4 H2O │ *2
→ O2 + 2 e- + 2 H+ │ *5 +
Redox: 2 MnO4- + 10 e- + 16 H+ + 5 H2O2 → 2 Mn+2 + 8 H2O + 5 O2 + 10 e- +10H+
Redox: 2 MnO4- + 6 H+ + 5 H2O2 → 2 Mn+2 + 8 H2O + 5 O2 │+ 3 SO4-2
Redox: 2 KMnO4 + 3H2SO4 + 5 H2O2 → 2 MnSO4 + 8 H2O + 5 O2 + SO4-2
Er missen echter nog 2 kaliumionen aan de rechterkant → K2SO4
Redox: 2 KMnO4 + 3H2SO4 + 5 H2O2
→ 2 MnSO4 + 8 H2O + 5 O2 + K2SO4
Let op: bij de reductie is kalium een ‘onbelangrijk’ metaalion. Als we het
weglaten, krijgt het permanganaation de lading -1. Ook het sulfaation is
als zuurrest niet belangrijk. Het mangaanion kan alleen de lading +2
krijgen omdat het sulfaat van zwavelzuur (H2SO4) is afgeleid. Zo kon je
op het oxidatiegetal van het manganaation. we hebben dus links door het
permanganaation en de vijf elektronen de lading -6. Rechts hebben we
de lading +2; daarom hebben we acht H+ nodig om de ladingen
kloppend te maken. En dan zijn er ook genoeg om de vergelijking voor
water kloppend te maken.
Bij de oxidatie gaat het bij H2O2 om en peroxide en daardoor om een
uitzondering wat het oxidatiegetal van zuurstof betreft!
De H+-ionen kunnen alleen van een zuur afkomstig zijn. In de opgave
werd over zwavelzuur gesproken. De sulfaationen die daaruit
voortkomen zijn voldoende voor de mangaanionen en er blijft er een
over voor de ontbrekende kaliumionen.
4.
Ammoniak vormt met kaliumpermanganaat mangaan(IV)-oxide,
kaliumnitraat, kaliloog en water.
-III +I
+I +VII –II
+IV -II
+I +V -II
+I -II +I
+I
-II
NH3 + KMnO4 → MnO2 + KNO3 + KOH + H2O
oxidatie
reductie
Red.: MnO4- + 3 e- + 2 H2O
Ox.: NH3+ 9 OH-
→ MnO2 + 4 OH→ NO3- + 8 e- +6 H2O
│*8
│*3
+
Redox: 8 MnO4- + 24 e- + 16 H2O + 3 NH3 + 27 OH- →
→ 8 MnO2 + 32 OH- + 3 NO3 + 24 e- + 18 H2O
Redox: 8 MnO4- + 3 NH3 → 8 MnO2 + 2 H2O + 3 NO3- +5 OHNu brengen we aan de rechterkant de ontbrekende kaliumionen aan:
Redox: 8 KMnO4 + 3 NH3 → 8 MnO2 + 2 H2O + 3 KNO3 + 5 KOH
Het lukt soms ook met de H+-methode:
Red.: MnO4- + 3 e- + 4 H+
Ox.: NH3 + 3 H2O +
→ MnO2 + 2 H2O
→ NO3- + 8 e- + 9 H+
│*8
│*3
Redox: 8 MnO4- + 24 e- + 32 H+ + 3 NH3 + 9 H2O →
→ 8 MnO2 + 16 H2O + 3 NO3 + 24 e- + 27 H+
Redox: 8 MnO4- + 5 H+ + 3 NH3 → 8 MnO2 + 7 H2O + 3 NO3-
+
Redox: 8 KMnO4 + 5 H+ + 3 NH3 → 8 MnO2 + 7 H2O + 3 KNO3 │+5 OH
Redox: 8 KMnO4 + 5 H2O + 3 NH3 → 8 MnO2 + 7 H2O + 3 KNO3 + 5 OH
Nu brengen we aan de rechterkant de ontbrekende kaliumionen aan:
Redox: 8 KMnO4 + 3 NH3 → 8 MnO2 + 2 H2O + 3 KNO3 + 5 KOH
Dit is echter geen passende variant omdat we in basisch milieu met OHmoeten aanvullen. Als er in een opgave alleen basen aanwezig zijn, is dat
een goede indicatie om met OH- kloppend te maken.
5.
Lood(II)-chloride kan met chloorgas en water worden omgezet in lood (IV)oxide en zoutzuur.
+II
-I
0
+I -II
+IV -II
+I -I
PbCl2 + Cl2 + H2O → PbO2 + HCl
oxidatie
reductie
Red.: Cl2 + 2 e- + 2 H+ → 2 HCl
Ox.: Pb+2 + 2H2O → PbO2 + 2 e- + 4 H+ +
Redox: Cl2 + 2 e- + 2 H+ + Pb+2 + 2 H2O → 2 HCl + PbO2 + 2 e- + 4 H+
Redox: Cl2 + Pb+2 + 2 H2O → 2 HCl + PbO2 + 2 H+ │+ 2 ClRedox: Cl2 + PbCl2 + 2 H2O → 2 HCl + PbO2 + 2 HCl
Redox: Cl2 + PbCl2 + 2 H2O → 4 HCl + PbO2
6.
Kaliumdichromaat en ijzer(II)-sulfaat reageren in een zwavelzuur-oplossing
tot ijzer(III)-sulfaat en chroom(III)-sulfaat.
+I
+VI
-II
+II +VI–II
+I +VI –II
+III
+VI –II
+III
+VI -II
K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3
reductie
oxidatie
Red.: Cr2O7-2 + 6 e- + 14 H+
Ox.: Fe+2
→ 2 Cr+3 + 7 H2O
→ Fe+3 + 1 e-
│
│*6
+
Redox: Cr2O7-2 + 6 e- + 14 H+ + 6 Fe+2 → 2 Cr+3 + 7 H2O + 6 Fe+3 + 6 eRedox: Cr2O7-2 + 14 H+ + 6 Fe+2 → 2 Cr+3 + 7 H2O + 6 Fe+3
Redox: K2Cr2O7 + 14 H+ + 6 FeSO4 → Cr2(SO4)3 + 7 H2O + 3 Fe2(SO4)3
De 14 H+ kunnen alleen van zwavelzuur afkomstig zijn:
Redox: K2Cr2O7 + 7 H2SO4+ 6 FeSO4 → Cr2(SO4)3 + 7 H2O + 3 Fe2(SO4)3
Nu ontbreken aan de rechterkant noch twee kaliumatomen en een
sulfaatrest.
Redox: K2Cr2O7 + 7 H2SO4+ 6 FeSO4 → Cr2(SO4)3 + 7 H2O + 3 Fe2(SO4)3 + K2SO4