Bilansowanie reakcji redoks w pięciu krokach

01 · Metoda

Jak zrobić bilans jonowo-elektronowy?

Wyobraź sobie, że robisz sernik na zimno. Jeżeli nic nie zostanie w misce ani nie rozsypie się na blacie, masa sernika odpowiada sumie mas składników. W równaniu reakcji kontrola jest podobna: liczba atomów każdego pierwiastka musi zgadzać się po obu stronach. W zapisie jonowym sprawdzasz także sumę ładunków.

Utlenianie i redukcja zachodzą jednocześnie, na przykład podczas korozji żelaza. W bilansie zapisujesz je osobno jako równania połówkowe, używając całych jonów lub cząsteczek, np. MnO₄⁻ i Mn²⁺.

1. Przeczytaj cały schemat. Porównaj substraty z produktami i wskaż pierwiastki, których stopnie utlenienia mogą się zmienić.
2. Oblicz stopnie utlenienia przed reakcją i po niej. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów jest równa ładunkowi jonu albo zeru w obojętnym związku.
3. Rozpoznaj utlenianie i redukcję. Wzrost stopnia oznacza utlenianie i oddanie elektronów. Spadek oznacza redukcję i przyjęcie elektronów.
4. Ułóż równania połówkowe. Uzgodnij atomy poza tlenem i wodorem, potem tlen za pomocą H₂O, a wodór w środowisku kwasowym za pomocą H⁺. Uzgodnij ładunki, dodając e⁻ po stronie o większej sumie ładunków.
5. Wyrównaj liczbę elektronów i dodaj równania. Pomnóż całe równania przez odpowiednie liczby. Skróć elektrony i pozostałe wspólne składniki. Jeśli zadanie wymaga zapisu cząsteczkowego, przenieś współczynniki do pełnego równania.

Ostatnia kontrola: policz atomy każdego pierwiastka i sumę ładunków po obu stronach. Obie kontrole muszą się zgadzać.

02 · Przykład z artykułu ELEMENTUM

Manganian(VII) potasu i siarczyn sodu w kwasie

Bilansujemy reakcję KMnO₄ z siarczynem sodu Na₂SO₃ (siarczanem(IV) sodu) w obecności kwasu siarkowego(VI). W zapisie jonowym skup się najpierw na MnO₄⁻ i SO₃²⁻, z których powstają Mn²⁺ i SO₄²⁻.

Najpierw policz stopnie utlenienia

• Mangan: +VII → +II. W MnO₄⁻ zachodzi x + 4 · (−2) = −1, więc x = +7. W Mn²⁺ stopień utlenienia wynosi +II. Mangan przyjmuje 5 e⁻.
• Siarka: +IV → +VI. Dla SO₃²⁻ mamy x + 3 · (−2) = −2, a dla SO₄²⁻ — x + 4 · (−2) = −2. Siarka oddaje 2 e⁻.

Utleniaczem jest MnO₄⁻, a reduktorem SO₃²⁻. Teraz ułóż oba równania połówkowe.

Równanie jonowe skrócone

Wspólna liczba elektronów to 10. Po pomnożeniu i dodaniu równań skróć 10 e⁻, 10 H⁺ oraz 5 H₂O.

2 MnO₄⁻ + 5 SO₃²⁻ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 SO₄²⁻ + 3 H₂O

Po każdej stronie są 2 Mn, 5 S, 23 O i 6 H. Suma ładunków po lewej to −2 − 10 + 6 = −6, a po prawej +4 − 10 = −6.

Równanie cząsteczkowe

Współczynniki 2 i 5 przechodzą przed KMnO₄ i Na₂SO₃. W szkolnym zapisie formalnym 6 H⁺ odpowiada 3 H₂SO₄. Po stronie produktów uwzględnij także potas i sód, które zachowują stopień utlenienia.

2 KMnO₄ + 5 Na₂SO₃ + 3 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + 5 Na₂SO₄ + 3 H₂O

03 · Przykład

Bilans w środowisku zasadowym

Porównaj podobny schemat, w którym zadanie podaje MnO₂ jako produkt redukcji, a SO₄²⁻ jako produkt utleniania. Mangan przyjmuje tu 3 elektrony zamiast 5. W równaniu końcowym dla środowiska zasadowego mogą zostać jony OH⁻, a jony H⁺ trzeba wyeliminować.

Dla redukcji zacznij od zapisu jak w kwasie: MnO₄⁻ + 4 H⁺ + 3 e⁻ → MnO₂ + 2 H₂O. Dodaj po 4 OH⁻ do obu stron. Po lewej powstaną 4 H₂O; skróć po 2 H₂O z każdej strony.

W utlenianiu siarka zmienia stopień utlenienia z +IV na +VI. W zapisie kwasowym dopisz H₂O po lewej oraz 2 H⁺ i 2 e⁻ po prawej. Dodaj po 2 OH⁻ do obu stron i skróć po jednej cząsteczce wody.

Po dodaniu skraca się 6 e⁻, 3 H₂O oraz 6 OH⁻. Zostaje:

2 MnO₄⁻ + 3 SO₃²⁻ + H₂O → 2 MnO₂ + 3 SO₄²⁻ + 2 OH⁻

Ładunek obu stron to −8. Po obu stronach jest 18 atomów tlenu i 2 atomy wodoru.

04 · Samodzielna próba

Zadania z bilansowania reakcji redoks

Uzupełnij schemat o H₂O i jony odpowiednie dla podanego środowiska. Zapisz oba równania połówkowe, a na końcu sprawdź atomy i ładunki.

05 · Szybka kontrola

Gdzie najłatwiej się pomylić?

• Zapisujesz sam symbol metalu. W bilansie jonowo-elektronowym zapisz np. cały jon Cr₂O₇²⁻; dzięki temu policzysz również tlen i ładunek.
• Patrzysz na wartość bezwzględną ładunku. Porównuj ze znakami: −2 jest większe od −5, więc w takim porównaniu dodajesz elektrony do strony o ładunku −2.
• Mnożysz tylko elektrony. Mnożnik dotyczy wszystkich współczynników w równaniu połówkowym, również wody i jonów.
• W zasadowym zostawiasz H⁺. Po przeliczeniu na środowisko zasadowe połącz H⁺ z OH⁻ w H₂O i skróć wspólne składniki. W równaniu sumarycznym nie zapisuj elektronów.

Tekst oparty na artykule ELEMENTUM „Jak szybko rozwiązać REDOX?”.