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
