Näidisküsimused oksüdatsiooni ja redutseerimise kohta
Pendahuluan
Oksüdatsioon ja redutseerimine on keemia põhimõisted, mis on omavahel seotud ja lahutamatud. Need protsessid toimuvad samaaegselt reaktsioonis, mida nimetatakse redoksreaktsiooniks (oksüdatsiooni-redutseerimise reaktsioon). Selles reaktsioonis oksüdeeruv aine vabastab elektrone, samas kui redutseeruv aine saab elektrone. Sügavamaks mõistmiseks vaatame näidisprobleemi ja selle selgitust.
Küsimused ja arutelu oksüdatsiooni ja redutseerimise kohta
Näidisküsimus 1
Küsimus:
Määrake ained, mis järgnevas reaktsioonis oksüdeeruvad ja redutseeruvad:
\[2Mg(s) + O_2(g) \rightarrow 2MgO(s) \]
Arutelu:
Selleks, et teha kindlaks, millised ained oksüdeeruvad ja redutseeruvad, peame kontrollima iga reaktsioonis osaleva elemendi oksüdatsiooniastme muutust.
1. Oksüdatsiooninumbrid algühendis:
– Magneesium (Mg) on vaba tahke element, seega on selle oksüdatsiooniaste 0.
– Gaasimolekulide (g) kujul olev hapnik (O₂) on vaba element, seega on ka selle oksüdatsiooniaste 0.
2. Saadud ühendite oksüdatsiooninumbrid:
– Magneesiumoksiidis (MgO) sisalduva magneesiumi oksüdatsiooniaste on +2 (Mg²⁺).
– Magneesiumoksiidi (MgO) hapniku oksüdatsiooniaste on -2 (O²⁻).
3. Oksüdatsiooniastme muutused:
– Magneesiumi oksüdatsiooniaste muutub 0-st +2-ni. See tähendab, et magneesiumi oksüdatsiooniaste on suurenenud või see on oksüdeerunud.
– Hapnikusisaldus muutub 0-st -2-ni. See tähendab, et hapniku oksüdatsiooniaste on vähenenud ehk see on redutseerunud.
Järeldus:
– Magneesium (Mg) on aine, mis oksüdeerub.
– Hapnik (O₂) on aine, mis redutseerub.
Näidisküsimus 2
Küsimus:
Tuvastage järgmises reaktsioonis oksüdeeriv ja redutseeriv aine:
\[ Zn + CuSO_4 \paremnool ZnSO_4 + Cu \]
Arutelu:
Selles reaktsioonis teeme kindlaks, kes oksüdeerub ja kes redutseerub, ning tuvastame oksüdeerija ja redutseerija.
1. Reagendid:
– Zn (s): Oksüdatsiooninumber = 0.
– Cu CuSO₄-s : oksüdatsiooniarv = +2.
2. Tooted:
– Zn ZnSO₄-s: oksüdatsiooniaste = +2.
– Cu (s): Oksüdatsiooniaste = 0.
3. Oksüdatsiooniarvude muutused:
– Zn muutub 0-st +2-ni. See tähendab, et Zn oksüdatsiooniaste suureneb ehk oksüdeerub.
– Cu muutub +2-lt 0-le. See tähendab, et Cu oksüdatsiooniaste väheneb ehk redutseerub.
4. Oksüdeerivad ja redutseerivad ained:
– Oksüdeeriv aine on aine, mis põhjustab teise aine oksüdeerumise ja ise redutseerub. Selles reaktsioonis põhjustab CuSO₄-s olev Cu²⁺ Zn oksüdeerumist, seega on Cu²⁺ oksüdeeriv aine.
– Redutseerija on aine, mis põhjustab teise aine redutseerimist ja ise oksüdeerub. Selles reaktsioonis põhjustab Zn Cu²⁺ redutseerimist, seega on Zn redutseerija.
Järeldus:
– Oksüdeerija on Cu²⁺ CuSO₄-s.
– Redutseerija on Zn.
Näidisküsimus 3
Küsimus:
Arvutage järgmiste ühendite elementide oksüdatsiooniastmed:
\[H_2SO_4 \]
Arutelu:
Väävelhappe (H₂SO₄) iga elemendi oksüdatsiooniastme määramiseks kasutame oksüdatsiooniastmete määramise reegleid.
1. Ühendites on vesinikul (H) tavaliselt oksüdatsiooniaste +1.
2. Hapniku (O) oksüdatsiooniaste ühendites on tavaliselt -2.
3. Neutraalse ühendi oksüdatsiooniarvude koguarv peab olema 0.
Nüüd arvutame:
– Vesinik: 2 H aatomit igaühes +1, kokku (+1) 2 = +2.
– Hapnik: 4 O aatomit igaühes -2, kokku (-2) 4 = -8.
– Väävel: Oletame, et oksüdatsiooniaste S = x.
Oksüdatsiooniarvude koguarv:
\[2(+1) + x + 4(-2) = 0 \]
\[2 + x – 8 = 0 \]
\[ x – 6 = 0 \]
\[ x = +6 \]
Järeldus:
– Oksüdatsiooniaste H = +1
– Oksüdatsiooniaste O = -2
– Oksüdatsiooniaste S = +6
Näidisküsimus 4
Küsimus:
Järgnevas reaktsioonis määrake iga elemendi oksüdatsiooniaste ja selle redoksreaktsiooni poolreaktsiooniaeg:
\[ MnO_4^- + 8H^+ + 5Fe^{2+} \paremnool Mn^{2+} + 4H_2O + 5Fe^{3+} \]
Arutelu:
1. Määrake oksüdatsiooniaste:
– Mn MnO₄⁻-s: Mn oksüdatsiooniaste on +7. (Kuna O = -2 4 O aatomis: (-2) 4 = -8; MnO₄⁻ ekvivalentioon = -1; seega peab Mn tasakaalu saavutamiseks olema +7: +7 – 8 = -1).
– Fe Fe²⁺-s: Fe oksüdatsiooniaste on +2.
– Mn Mn²⁺-s: Mn oksüdatsiooniaste on +2.
– Fe Fe³⁺-s: Fe oksüdatsiooniaste on +3.
– Hapnik H₂O-s: O oksüdatsiooniaste on -2.
– Vesinik H₂O-s: H oksüdatsiooniaste on +1.
2. Määrake poolreaktsioon:
– Oksüdatsioonireaktsioon (Fe²⁺-st saab Fe³⁺):
\[ Fe^{2+} \rightnool Fe^{3+} + e^- \]
– Redutseerimisreaktsioon (MnO₄⁻-st Mn²⁺-ks):
\[ MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \paremnool Mn^{2+} + 4H_2O \]
Järeldus:
– Mn oksüdatsiooniaste MnO₄⁻-s on +7.
– Fe oksüdatsiooniaste Fe²⁺-s on +2.
– Fe oksüdatsiooniaste Fe³⁺-s on +3.
Sulgemine
Näidete ja nende arutelude mõistmise abil saame keemias oksüdatsiooni ja redutseerimise mõistetest kergemini aru. Oksüdatsiooninumbrid mängivad keemilistes reaktsioonides olulist rolli oksüdeeruvate ja redutseeruvate ainete määramisel. Loodetavasti aitab see artikkel teil oksüdatsiooni ja redutseerimise mõisteid paremini mõista ja omandada.
