Chemie na GJN

Jistě jste si všimli, že zdaleka ne všechny prvky v redoxní rovnici mění svoje oxidační čísla. Vyčíslovat však musíme i ty. Nedal by se vymyslet způsob, který by nám práci s vyčíslováním ulehčil třeba tím, že prvky, co se nemění, vynecháme? Vzhledem k tomu, že čtete učebnici, tak je jasné, že dal a vzhledem k nadpisu podkapitoly se bude jmenovat iontový zápis redoxní rovnice .

Princip si vysvětlíme na rovnici laboratorní přípravy chloru z kyseliny chlorovodíkové. Vyčíslená chemická rovnice i s doplněnými oxidačními čísly vypadá takto:

16 H ^I Cl ^-I + 2 K ^I Mn ^VII O ₄ ^-II → 5 Cl ⁰ ₂ + 2 Mn ^II Cl ₂ ^-I + 2 K ^I Cl ^-I + 8 H ₂ ^I O ^-II

Prvek, který se oxidoval, je chlór. Prvek, který se redukoval, je mangan. Tedy draslíky, vodíky a kyslíky svá oxidační čísla nezměnily. Nyní zkusíme rovnici přepsat tak, aby tam zůstalo jen to podstatné. Ponecháme tedy sloučeniny s manganem, chlórem a vodu (popř. oxoniový kation). Zbyde nám:

Cl^-I + Mn^VIIO₄^- + H₃O⁺→ Cl⁰₂+ Mn²⁺+ H₂O

Na levé straně nám zůstaly sloučeniny s prvky, které budou reakcí měnit svá oxidační čísla. Manganistanu jsme utrhli draslík, není třeba, nijak se měnit nebude. Vodíkový kation ale potřebovat budeme, proč si povíme později. S pravou stranou jsme postupovali obdobně. Chloridový anion nám přešel na molekulární chlór. Mangan v oxidačním čísle +VII nám přešel na mangan v oxidačním čísle +II. Dále nám napravo zůstala voda. Jdeme vyčíslovat.

Red: Mn^VII→ Mn²⁺(+ 5 e^-) X 2

Ox: 2 CI^-I→ CI⁰₂ (- 2 e^-) X 5

10 Cl^-I + 2 Mn^VIIO₄^- + H₃O⁺→ 5 Cl⁰₂+ 2 Mn²⁺+ H₂O

Prvky, které změnily svoje oxidační číslo, máme již vyrovnané, ale přesto nám rovnice ještě nesedí. Zatímco v klasických redoxních rovnicích vyrovnáváme jen atomy, v iontovém zápisu vyrovnáváme i náboje jednotlivých stran rovnice. Na to právě budeme potřebovat ty oxoniové kationy. Jak se to dělá, si ukážeme hnedle. Jakmile doplníte stechiometrické koeficienty, které vám vyšly z bilance elektronů, do rovnice, máte jasně určený celkový náboj jedné strany. V našem případě je to strana pravá. Před jedinou nabitou částicí, manganatým kationem Mn²⁺, už máme totiž dvojku. Ostatní molekuly, chlór a voda, jsou neutrální, takže náboj celé pravé strany rovnice musí být +4. Stejně nabitá musí být i levá strana rovnice. Doplněním stechiometrických koeficientů máme zatím od prvních dvou částic náboj levé strany -12. Deset mínusek máme od chloridových anionů Cl^-a dvě od manganistanových anionů MnO₄^-. Snadným dopočtem zjistíme, že oxoniových kationů H₃O⁺bude potřeba šestnáct, abychom měli celkový náboj levé strany roven straně pravé. Posledním krokem je dopočítat vodu napravo a zapsat kompletní rovnici.

10 Cl^-I+ 2 MnO₄^-+ 16 H₃O⁺→ 5 Cl⁰₂+ 2 Mn²⁺+ 24 H₂O

Uvedená rovnice je komplikovaná tak jako tak, právě proto jsme si ji vybrali, abychom se v tom mohli trochu porochnit a mohli pochopit princip. Nyní zkusíme trochu jednodušší rovnice.

Barvy chromu.

Žlutý chromanový anion CrO₄^2-, zelený chromitý kation Cr³⁺a modrý, nestabilní, peroxid(oxid) chromu CrO₅. Není to nádhera?

Jiný příklad:

Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₃O⁺→ Fe³⁺ + Cr³⁺ + H₂O

Doplníme oxidační čísla a najdeme oxidaci a redukci:

Fe²⁺ + Cr^VI₂O₇^2- + H₃O⁺→ Fe³⁺ + Cr³⁺ + H₂O

Red: 2 Cr^VI→ 2 Cr³⁺(+ 6 e^-)

Ox: Fe²⁺→ Fe³⁺(- e^-) X 6

Zatímco černá dvojka již v rovnici je, modrou dvojku do rovnice teprve musíme doplnit.

6 Fe²⁺ + Cr^VI₂O₇^2- + H₃O⁺→ 6 Fe³⁺ + 2 Cr³⁺ + H₂O

Dopočítáme náboje a dovyčíslíme. Pravá strana má náboj již jasně daný.

6 Fe²⁺ + Cr^VI₂O₇^2- + 14 H₃O⁺→ 6 Fe³⁺ + 2 Cr³⁺ + 21 H₂O

A další:

I^- + IO₃^- + H₃O⁺→ I₂+ H₂O

I^- + I^VO₃^- + H₃O⁺→ I₂⁰ + H₂O

Vzpomeňte si na tríček s jódem.

Red: I^V→ I⁰(+ 5 e^-)

Ox: I^-→ I⁰(- e^-) X 5

Dopočítáme náboje a dovyčíslíme.

5 I^- + I^VO₃^- + 6 H₃O⁺→ 3 I₂⁰ + 9 H₂O

Poslední s dopomocí:

Cl₂ + OH^- → Cl^- +ClO₃^-+ H₂O

Cl₂⁰ + OH^- → Cl^- +Cl^VO₃^-+ H₂O

Red: Cl⁰→ Cl^-I(+ e^-) X 5

Ox: Cl⁰→ I^V(- 5 e^-)

Celkem je potřeba 6 chlórů v oxidačním čísle nula a zároveň dělá chlór dvouatomové molekuly.

3 Cl₂⁰ + 6 OH^- → 5 Cl^- +Cl^VO₃^-+ 3 H₂O

Vyzkoušejte si sami vyčíslit následující rovnice v iontovém tvaru. Řešení naleznete hned za cvičením.

1. BrO₃^-+ Br^-+ H₃O⁺→ Br₂+ H₂O
2. Mn²⁺+ PbO₂+ H₃O⁺→ MnO₄^-+ Pb²⁺+ H₂O
3. SO₃^2-+ MnO₄^-+ H₃O⁺→Mn²⁺+ SO₄^2-+ H₂O
4. I₂+ SO₃^2-+ H₂O → I^-+ H₃O⁺+ SO₄^2-
5. Fe²⁺+ NO₃^-+ H₃O⁺→ Fe³⁺+ NO + H₂O
6. Co²⁺+ ClO^-+ OH^-+ H₂O → Co(OH)₃+ Cl^-

Řešení rovnic:

1. 1, 5, 6, 3, 9
2. 2, 5, 4, 2, 5, 6
3. 5, 2, 6, 2, 5, 9
4. 1, 1, 3, 2, 2, 1
5. 3, 1, 4, 3, 1, 6
6. 2, 1, 4, 1, 2, 1