Ισοστάθμιση οξειδοαναγωγικής αντίδρασης

Με μια ματιά

Όταν δίνονται όλα τα αντιδρώντα και τα προϊόντα, διατηρείς αποκλειστικά αυτά και δεν αλλάζεις τους δείκτες των χημικών τύπων. Υπολογίζεις τις μεταβολές των αριθμών οξείδωσης και επιλέγεις συντελεστές ώστε η συνολική αύξηση να ισούται με τη συνολική μείωση, λαμβάνοντας υπόψη το πλήθος των αντίστοιχων ατόμων. Σε όξινο περιβάλλον καθορίζεις έπειτα τον συντελεστή του δοσμένου οξέος και ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με το δοσμένο νερό. Χρησιμοποιείς τη μέθοδο για να ισοσταθμίσεις τη μοριακή εξίσωση, να χαρακτηρίσεις το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα και να επαληθεύσεις τη διατήρηση όλων των ατόμων με τους μικρότερους θετικούς ακέραιους συντελεστές.

2Μέθοδος

1. Ελέγχεις ότι η εκφώνηση παρέχει όλα τα αντιδρώντα και όλα τα προϊόντα. Διατηρείς όσες φάσεις και συνθήκες παρέχει, επειδή δεν προβλέπεις προϊόντα ούτε προσθέτεις είδη. Έλεγχος: κάθε ουσία της λύσης υπάρχει στα δεδομένα.
2. Υπολογίζεις τους αριθμούς οξείδωσης στα στοιχεία που μπορεί να μεταβάλλονται, επειδή έτσι εντοπίζεις την οξείδωση και την αναγωγή. Έλεγχος: το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης συμφωνεί με το συνολικό φορτίο κάθε τύπου.
3. Εντοπίζεις ποιο στοιχείο αυξάνει και ποιο μειώνει τον αριθμό οξείδωσής του. Χαρακτηρίζεις ως οξειδωτικό σώμα εκείνο που περιέχει το στοιχείο που ανάγεται και ως αναγωγικό σώμα εκείνο που περιέχει το στοιχείο που οξειδώνεται. Έλεγχος: οι χαρακτηρισμοί συμφωνούν με τις κατευθύνσεις των μεταβολών.
4. Πολλαπλασιάζεις κάθε μεταβολή με το πλήθος των αντίστοιχων ατόμων σε έναν χημικό τύπο. Επιλέγεις συντελεστές που εξισώνουν τη συνολική αύξηση με τη συνολική μείωση. Έλεγχος: τα δύο σύνολα έχουν ίσο μέτρο και έχεις απλοποιήσει τον λόγο με τον μέγιστο κοινό διαιρέτη.
5. Συμπληρώνεις τους υπόλοιπους μοριακούς συντελεστές χωρίς να αλλάζεις δείκτες στους χημικούς τύπους, επειδή οι συντελεστές μεταβάλλουν τις ποσότητες και όχι τις ουσίες. Σε όξινο περιβάλλον καθορίζεις τον συντελεστή του δοσμένου οξέος μετά τους συντελεστές οξειδοαναγωγής και έπειτα ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με το δοσμένο νερό. Έλεγχος: όλα τα στοιχεία εκτός από το οξυγόνο έχουν ισοσταθμιστεί.
6. Μετράς χωριστά τα άτομα κάθε στοιχείου και ελέγχεις τελευταίο το οξυγόνο, επειδή η τελική εξίσωση πρέπει να διατηρεί όλα τα άτομα. Έλεγχος: οι δύο πλευρές έχουν ίδιους αριθμούς ατόμων και οι συντελεστές είναι οι μικρότεροι θετικοί ακέραιοι.

3Υδρόθειο και υπερμαγγανικό κάλιο

Ερώτημα $4$ μονάδων με απάντηση σε διατεταγμένα βήματα: σε όξινο υδατικό περιβάλλον ισοστάθμισε τη δοσμένη εξίσωση και αιτιολόγησε ποιο είναι το οξειδωτικό και ποιο το αναγωγικό σώμα. Θεωρείς ρητά τις φάσεις που αναφέρει η εκφώνηση.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Χρησιμοποιείς ως αντιδρώντα τα $\chem{H_2S}\state{aq}$, $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$ και ως προϊόντα τα $\chem{S}\state{s}$, $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$, $\chem{MnSO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2O}\state{l}$. Δεν προσθέτεις άλλο είδος.

2. Δείξε το βήμα 2

   Το θείο στο $\chem{H_2S}$ αυξάνει τον αριθμό οξείδωσής του από $-2$ σε $0$, ενώ το μαγγάνιο μειώνει τον αριθμό οξείδωσής του από $+7$ σε $+2$.

3. Δείξε το βήμα 3

   Η μεταβολή του θείου έχει μέτρο $2$ και η μεταβολή του μαγγανίου έχει μέτρο $5$. Επιλέγεις λόγο $5:2$, επειδή $5\cdot 2=2\cdot 5=10$.

4. Δείξε το βήμα 4

   Μετά τους συντελεστές οξειδοαναγωγής καθορίζεις τον συντελεστή του $\chem{H_2SO_4}$ και ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με $\chem{H_2O}$.

5. Δείξε το βήμα 5

   $5\chem{H_2S}\state{aq} + 2\chem{KMnO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2SO_4}\state{aq} \rxn 5\chem{S}\state{s} + \chem{K_2SO_4}\state{aq} + 2\chem{MnSO_4}\state{aq} + 8\chem{H_2O}\state{l}$

6. Δείξε το βήμα 6

   Ελέγχεις τα άτομα. Για το υδρογόνο βρίσκεις $16=16$, για το θείο $8=8$, για το κάλιο $2=2$, για το μαγγάνιο $2=2$ και για το οξυγόνο $20=20$. Ο μέγιστος κοινός διαιρέτης των συντελεστών είναι $1$.

7. Δείξε το βήμα 7

   Το $\chem{KMnO_4}$ είναι το οξειδωτικό σώμα, επειδή το μαγγάνιο ανάγεται. Το $\chem{H_2S}$ είναι το αναγωγικό σώμα, επειδή το θείο οξειδώνεται.

4Θειώδες νάτριο και υπερμαγγανικό κάλιο

Σε όξινο υδατικό περιβάλλον ισοστάθμισε τη δοσμένη εξίσωση και χαρακτήρισε τα σώματα. Θεωρείς ρητά τις φάσεις που αναφέρει το παράδειγμα.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Χρησιμοποιείς ως αντιδρώντα τα $\chem{Na_2SO_3}\state{aq}$, $\chem{KMnO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2SO_4}\state{aq}$ και ως προϊόντα τα $\chem{Na_2SO_4}\state{aq}$, $\chem{K_2SO_4}\state{aq}$, $\chem{MnSO_4}\state{aq}$ και $\chem{H_2O}\state{l}$. Δεν προσθέτεις άλλο είδος.

2. Δείξε το βήμα 2

   Το θείο στο $\chem{Na_2SO_3}$ αυξάνει τον αριθμό οξείδωσής του από $+4$ σε $+6$, ενώ το μαγγάνιο μειώνει τον αριθμό οξείδωσής του από $+7$ σε $+2$.

3. Δείξε το βήμα 3

   Η μεταβολή του θείου έχει μέτρο $2$ και η μεταβολή του μαγγανίου έχει μέτρο $5$. Επιλέγεις λόγο $5:2$, επειδή $5\cdot 2=2\cdot 5=10$.

4. Δείξε το βήμα 4

   Μετά τους συντελεστές οξειδοαναγωγής καθορίζεις τον συντελεστή του $\chem{H_2SO_4}$ και ισοσταθμίζεις το υδρογόνο με $\chem{H_2O}$.

5. Δείξε το βήμα 5

   $5\chem{Na_2SO_3}\state{aq} + 2\chem{KMnO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2SO_4}\state{aq} \rxn 5\chem{Na_2SO_4}\state{aq} + \chem{K_2SO_4}\state{aq} + 2\chem{MnSO_4}\state{aq} + 3\chem{H_2O}\state{l}$

6. Δείξε το βήμα 6

   Ελέγχεις τα άτομα. Για το νάτριο βρίσκεις $10=10$, για το θείο $8=8$, για το κάλιο $2=2$, για το μαγγάνιο $2=2$, για το υδρογόνο $6=6$ και για το οξυγόνο $35=35$. Ο μέγιστος κοινός διαιρέτης των συντελεστών είναι $1$.

7. Δείξε το βήμα 7

   Το $\chem{KMnO_4}$ είναι το οξειδωτικό σώμα, επειδή το μαγγάνιο ανάγεται. Το $\chem{Na_2SO_3}$ είναι το αναγωγικό σώμα, επειδή το θείο οξειδώνεται.

5Συνηθισμένα λάθη

• Προβλέπεις προϊόν ή προσθέτεις είδος που δεν δίνεται. Το παρατηρείς όταν ένας χημικός τύπος της λύσης δεν υπάρχει στα δεδομένα. Κράτησε μόνο τα δοσμένα αντιδρώντα και προϊόντα.
• Αλλάζεις δείκτη μέσα σε χημικό τύπο για να ισοσταθμίσεις άτομα. Το παρατηρείς όταν ένας αρχικός τύπος έχει μετατραπεί σε άλλη ουσία. Διόρθωσε μόνο τους συντελεστές μπροστά από τους τύπους.
• Αγνοείς ότι ένας χημικός τύπος μπορεί να περιέχει περισσότερα από ένα άτομα του στοιχείου που μεταβάλλεται. Το παρατηρείς όταν οι συνολικές μεταβολές δεν έχουν ίσο μέτρο. Πολλαπλασίασε τη μεταβολή με το πλήθος των αντίστοιχων ατόμων στον τύπο.
• Κρατάς συντελεστές με κοινό διαιρέτη μεγαλύτερο από $1$. Το παρατηρείς όταν ο λόγος μπορεί να απλοποιηθεί. Διαίρεσε όλους τους συντελεστές με τον μέγιστο κοινό διαιρέτη.
• Ισοσταθμίζεις πρώτα το υδρογόνο και το οξυγόνο σε όξινο περιβάλλον. Το παρατηρείς όταν μεταβάλλεις ξανά τους συντελεστές οξειδοαναγωγής στο τέλος. Καθόρισε πρώτα τους συντελεστές οξειδοαναγωγής, έπειτα το δοσμένο οξύ και το νερό, και έλεγξε τελευταίο το οξυγόνο.
• Αντιστρέφεις το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα. Το παρατηρείς όταν αποκαλείς οξειδωτικό το σώμα του οποίου το στοιχείο αυξάνει αριθμό οξείδωσης. Σύνδεσε το οξειδωτικό σώμα με τη μείωση και το αναγωγικό σώμα με την αύξηση του αριθμού οξείδωσης.
• Χρησιμοποιείς ημιαντιδράσεις ή ιοντοηλεκτρονικές εξισώσεις. Το παρατηρείς όταν η λύση δεν ακολουθεί τη μέθοδο μεταβολής του αριθμού οξείδωσης. Επανέρχεσαι στη σύγκριση της συνολικής αύξησης και της συνολικής μείωσης.
• Εφαρμόζεις γενικό αλγόριθμο προσθήκης υδροξειδίου στην αντίδραση αμμωνίας και χλωρίου. Το παρατηρείς όταν εμφανίζεται είδος που δεν δίνεται. Διατήρησε αποκλειστικά τα είδη της δοσμένης μοριακής εξίσωσης.
• Θεωρείς ότι οξειδώνονται όλα τα άτομα αζώτου της αμμωνίας. Το παρατηρείς όταν δεν διακρίνεις το άζωτο που σχηματίζει άζωτο από εκείνο που παραμένει στο χλωριούχο αμμώνιο. Μέτρησε χωριστά τα άτομα αζώτου που αλλάζουν αριθμό οξείδωσης.
• Παραλείπεις τον συντελεστή του διοξειδίου του αζώτου στην αντίδραση διοξειδίου του θείου με πυκνό νιτρικό οξύ. Το παρατηρείς όταν τα άτομα αζώτου δεν διατηρούνται. Επανέλεγξε τον συντελεστή του προϊόντος πριν ολοκληρώσεις την εξίσωση.

6Κριτήρια αξιολόγησης

• Καταγράφεις και διατηρείς τα δοσμένα αντιδρώντα και προϊόντα, καθώς και όσες φάσεις και συνθήκες παρέχει η εκφώνηση, χωρίς να προβλέπεις ή να προσθέτεις είδη.

• Υπολογίζεις σωστά τους αριθμούς οξείδωσης των στοιχείων που μεταβάλλονται.

• Εντοπίζεις την αύξηση και τη μείωση του αριθμού οξείδωσης και αιτιολογείς σωστά το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα όταν ζητούνται.

• Εξισώνεις τα μέτρα των συνολικών μεταβολών, λαμβάνεις υπόψη το πλήθος των μεταβαλλόμενων ατόμων ανά τύπο και απλοποιείς τον λόγο.

• Συμπληρώνεις τους υπόλοιπους μοριακούς συντελεστές χωρίς αλλαγή δεικτών και, στο όξινο περιβάλλον, καθορίζεις το δοσμένο οξύ πριν ισοσταθμίσεις το υδρογόνο με νερό.

• Επαληθεύεις τη διατήρηση κάθε στοιχείου, ελέγχεις τελευταίο το οξυγόνο και δίνεις τους μικρότερους θετικούς ακέραιους συντελεστές.