Ισοστάθμιση οξειδοαναγωγικής εξίσωσης σε όξινο περιβάλλον

Με μια ματιά

Σε δοσμένη οξειδοαναγωγική εξίσωση σε όξινο περιβάλλον χρησιμοποιείς μόνο τα αναγραφόμενα αντιδρώντα και προϊόντα. Επιλέγεις συντελεστές ώστε η συνολική αύξηση των αριθμών οξείδωσης να ισούται κατά απόλυτη τιμή με τη συνολική ελάττωση, λαμβάνοντας υπόψη το πλήθος των μεταβαλλόμενων ατόμων σε κάθε χημικό τύπο. Έπειτα καθορίζεις τον συντελεστή του δοσμένου οξέος, ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό και ελέγχεις τελευταίο το οξυγόνο. Χρησιμοποιείς τη μέθοδο για να διατηρείς κάθε άτομο και να βρίσκεις τους μικρότερους θετικούς ακέραιους συντελεστές.

2Κεντρική ιδέα

Σε μια δοσμένη οξειδοαναγωγική εξίσωση σε όξινο περιβάλλον χρησιμοποιείς όλα τα αντιδρώντα και τα προϊόντα που αναγράφονται. Δεν προβλέπεις προϊόντα και δεν προσθέτεις νέο σώμα.

Εντοπίζεις τα στοιχεία που οξειδώνονται και ανάγονται. Συγκρίνεις τις μεταβολές των αριθμών οξείδωσής τους. Επιλέγεις συντελεστές ώστε η συνολική αύξηση να ισούται κατά απόλυτη τιμή με τη συνολική ελάττωση.

Απλοποιείς την αναλογία με τον μέγιστο κοινό διαιρέτη. Λαμβάνεις υπόψη το πλήθος των ατόμων κάθε μεταβαλλόμενου στοιχείου σε κάθε χημικό τύπο.

Καθορίζεις έπειτα τον συντελεστή του δοσμένου οξέος. Ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό. Ελέγχεις τελευταίο το οξυγόνο.

Ολοκληρώνεις την ισοστάθμιση χημικής εξίσωσης όταν διατηρείς κάθε άτομο και χρησιμοποιείς τους μικρότερους θετικούς ακέραιους συντελεστές.

3Εξήγηση

Παρακολουθείς χωριστά τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης για κάθε στοιχείο που αλλάζει. Μετατρέπεις τις μεταβολές σε αναλογία συντελεστών που εξισώνει τη συνολική αύξηση με τη συνολική ελάττωση.

Για κάθε σώμα πολλαπλασιάζεις 3 παράγοντες. Χρησιμοποιείς τον συντελεστή του σώματος, το πλήθος των μεταβαλλόμενων ατόμων σε κάθε χημικό τύπο και τη μεταβολή ανά άτομο. Το γινόμενο δίνει τη συνολική μεταβολή που αντιστοιχεί στο σώμα.

Αφού σταθεροποιήσεις τους συντελεστές της οξειδοαναγωγής, καθορίζεις τον συντελεστή του δοσμένου οξέος. Κατόπιν ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό. Μετράς τελευταίο το οξυγόνο, ώστε ο τελικός έλεγχος να καλύπτει ολόκληρη την εξίσωση.

4Εύκολη εφαρμογή με θειώδες νάτριο και υπερμαγγανικό κάλιο

Θεωρείς όξινο υδατικό περιβάλλον και τις αναγραφόμενες φυσικές καταστάσεις. Χρησιμοποιείς ως αντιδρώντα τα $\chem{Na_2SO_3}\state{aq}$, $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$. Χρησιμοποιείς ως προϊόντα τα $\chem{Na_2SO_4}\state{aq}$, $\chem{MnSO_4}\state{aq}$, $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2O}\state{l}$.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Υπολογίζεις τους αριθμούς οξείδωσης με τους κανόνες του αθροίσματος. Για το θείο, από $2(+1)+x+3(-2)=0$ βρίσκεις $x=+4$, ενώ από $2(+1)+x+4(-2)=0$ βρίσκεις $x=+6$. Για το μαγγάνιο, από $(+1)+x+4(-2)=0$ βρίσκεις $x=+7$, ενώ από $x+(+6)+4(-2)=0$ βρίσκεις $x=+2$.

2. Δείξε το βήμα 2

   Συγκρίνεις τις μεταβολές και βρίσκεις αύξηση κατά $2$ για κάθε άτομο θείου και ελάττωση κατά $5$ για κάθε άτομο μαγγανίου. Η ισότητα $5\cdot1\cdot2=2\cdot1\cdot5=10$ καθορίζει συντελεστή $5$ για το $\chem{Na_2SO_3}\state{aq}$ και συντελεστή $2$ για το $\chem{KMnO_4}\state{aq}$.

3. Δείξε το βήμα 3

   Ισοσταθμίζεις το νάτριο, το κάλιο και το μαγγάνιο. Παίρνεις συντελεστές $5$, $1$ και $2$ για τα $\chem{Na_2SO_4}\state{aq}$, $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$ και $\chem{MnSO_4}\state{aq}$ αντίστοιχα.

4. Δείξε το βήμα 4

   Καθορίζεις τον συντελεστή του δοσμένου οξέος από το θείο. Τα προϊόντα περιέχουν $5+2+1=8$ άτομα θείου, ενώ το $\chem{Na_2SO_3}\state{aq}$ δίνει $5$, οπότε παίρνεις συντελεστή $3$ για το $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$.

5. Δείξε το βήμα 5

   Ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό. Τα $3$ μόρια $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$ περιέχουν $6$ άτομα υδρογόνου, οπότε παίρνεις συντελεστή $3$ για το $\chem{H_2O}\state{l}$.

6. Δείξε το βήμα 6

   Γράφεις την ισοσταθμισμένη χημική εξίσωση: $5\chem{Na_2SO_3}\state{aq} + 2\chem{KMnO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2SO_4}\state{aq} \rxn 5\chem{Na_2SO_4}\state{aq} + 2\chem{MnSO_4}\state{aq} + \chem{K_2SO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2O}\state{l}$

7. Δείξε το βήμα 7

   Ελέγχεις και βρίσκεις στις 2 πλευρές $10$ άτομα νατρίου, $2$ καλίου, $2$ μαγγανίου, $8$ θείου, $6$ υδρογόνου και $35$ οξυγόνου. Ο μέγιστος κοινός διαιρέτης των συντελεστών είναι $1$, άρα έχεις τη μικρότερη θετική ακέραιη αναλογία.

8. Δείξε το βήμα 8

   Προσδιορίζεις τους ρόλους από τις μεταβολές. Το $\chem{Na_2SO_3}\state{aq}$ είναι το αναγωγικό σώμα, επειδή το θείο οξειδώνεται, ενώ το $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ είναι το οξειδωτικό σώμα, επειδή το μαγγάνιο ανάγεται.

5Εφαρμογή με μορφή εξεταστικού ερωτήματος

Θεωρείς όξινο υδατικό περιβάλλον και τις αναγραφόμενες φυσικές καταστάσεις. Χρησιμοποιείς ως αντιδρώντα τα $\chem{H_2S}\state{aq}$, $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$. Χρησιμοποιείς ως προϊόντα τα $\chem{S}\state{s}$, $\chem{MnSO_4}\state{aq}$, $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2O}\state{l}$. Υπολογίζεις τους συντελεστές και προσδιορίζεις τους οξειδοαναγωγικούς ρόλους.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Υπολογίζεις τους αριθμούς οξείδωσης. Από $2(+1)+x=0$ βρίσκεις $-2$ για το θείο στο $\chem{H_2S}\state{aq}$, ενώ στο ασύνδετο $\chem{S}\state{s}$ ο αριθμός οξείδωσης είναι $0$. Για το μαγγάνιο βρίσκεις $+7$ στο $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ και $+2$ στο $\chem{MnSO_4}\state{aq}$.

2. Δείξε το βήμα 2

   Συγκρίνεις τις μεταβολές και βρίσκεις αύξηση κατά $2$ για κάθε άτομο θείου και ελάττωση κατά $5$ για κάθε άτομο μαγγανίου. Η ισότητα $5\cdot1\cdot2=2\cdot1\cdot5=10$ δίνει συντελεστές $5$ και $2$ για τα $\chem{H_2S}\state{aq}$ και $\chem{KMnO_4}\state{aq}$.

3. Δείξε το βήμα 3

   Ισοσταθμίζεις το θείο που σχηματίζει το στοιχειακό προϊόν, το μαγγάνιο και το κάλιο. Παίρνεις συντελεστές $5$, $2$ και $1$ για τα $\chem{S}\state{s}$, $\chem{MnSO_4}\state{aq}$ και $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$ αντίστοιχα.

4. Δείξε το βήμα 4

   Καθορίζεις τον συντελεστή του δοσμένου οξέος. Τα $\chem{MnSO_4}\state{aq}$ και $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$ χρειάζονται συνολικά $3$ άτομα θείου από το οξύ, οπότε παίρνεις συντελεστή $3$ για το $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$.

5. Δείξε το βήμα 5

   Ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό. Τα αντιδρώντα περιέχουν $5\cdot2+3\cdot2=16$ άτομα υδρογόνου, οπότε παίρνεις συντελεστή $8$ για το $\chem{H_2O}\state{l}$.

6. Δείξε το βήμα 6

   Γράφεις την ισοσταθμισμένη χημική εξίσωση: $5\chem{H_2S}\state{aq} + 2\chem{KMnO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2SO_4}\state{aq} \rxn 5\chem{S}\state{s} + 2\chem{MnSO_4}\state{aq} + \chem{K_2SO_4}\state{aq} + 8\chem{H_2O}\state{l}$

7. Δείξε το βήμα 7

   Ελέγχεις και βρίσκεις στις 2 πλευρές $16$ άτομα υδρογόνου, $8$ θείου, $2$ καλίου, $2$ μαγγανίου και $20$ οξυγόνου. Ο μέγιστος κοινός διαιρέτης των συντελεστών είναι $1$, άρα οι συντελεστές έχουν τη μικρότερη θετική ακέραιη αναλογία.

8. Δείξε το βήμα 8

   Καταγράφεις ότι το $\chem{H_2S}\state{aq}$ είναι το αναγωγικό σώμα, επειδή το θείο οξειδώνεται. Καταγράφεις ότι το $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ είναι το οξειδωτικό σώμα, επειδή το μαγγάνιο ανάγεται.

6Συνηθισμένα λάθη

• Προβλέπεις προϊόντα αντί να χρησιμοποιείς αποκλειστικά τα αντιδρώντα και τα προϊόντα που αναγράφονται.
• Αγνοείς το πλήθος των μεταβαλλόμενων ατόμων σε έναν χημικό τύπο όταν υπολογίζεις τη συνολική μεταβολή.
• Θεωρείς ότι ο συντελεστής μόνος του εκφράζει τη συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης.
• Καθορίζεις τον συντελεστή του οξέος πριν σταθεροποιήσεις τους συντελεστές της οξειδοαναγωγής.
• Σταματάς μετά την εξίσωση των μεταβολών και δεν ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με νερό ούτε ελέγχεις το οξυγόνο.
• Κρατάς συντελεστές με κοινό διαιρέτη αντί να γράφεις τη μικρότερη θετική ακέραιη αναλογία.