9.2 Redoxreacties in zure, neutrale of basische milieu

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H9.2 Redoxreacties in oplossing

Even herhalen: Welke van onderstaande reacties is een redoxreactie?

1. 
2. 
3. 
4. 

Reactiemilieu is belangrijk !!

Bij redoxreacties is het milieu waarin de reactie verloopt van  groot belang: 
zuur milieu H⁺ = hulpdeeltje bij of oxidator
basisch milieu OH- = hulpdeeltje bij reductor
neutraal  milieu H2O = hulpdeeltje bij oxidator (of reductor)

Altijd eerst inventariseren welke deeltjes aanwezig zijn !

Belangrijk Tabel 48 !

leg dit gezegde mbv T48 uit: 

Oude liefde is een zwakke reductor

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

Geef de reactievergelijking als een ijzeren spijker in een koper(II)chloride-oplossing gezet wordt

1) noteer welke deeltjes je hebt (denk aan milieu!!!): Fe, Cu²⁺,Cl^-, H₂O

2) zoek deeltjes op in Binas T48 en noteer ze in tabel ox |  red (met V₀)
   Let op sommige zijn ox en red

        OX      |     RED

0,34 Cu²⁺  |    Fe    -0,45

-0,83 H₂O  |    H₂O  1,23/1,78
                  |   Cl^-       1,36

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

3) neem formule sterkste ox (hoogste V) en
    red (laagste V) over en noteer:
    ox: Cu²⁺

   red: Fe

4) neem de halfvergelijking van de sterkste ox en red onder elkaar over

    ox: Cu²⁺ + 2 e^- --> Cu

   red: Fe --> Fe²⁺ + 2 e^-

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

5) maak de electronen gelijk en tel de halfvergelijkingen op en streep gelijke deeltjes voor/na de pijl door

   ox: Cu²⁺ + 2 e^- --> Cu

   red: Fe --> Fe²⁺ + 2 e^-

  Cu²⁺ + Fe --> Cu + Fe²⁺

Belangrijk Tabel 48

• waarden Binas T48 gelden bij p = p₀ en T = 298 K) en  [ ] = 1 M 
• De oxidator SO₄^2- reageert alleen in warm geconcentreerd zwavelzuur⁵: H₂SO₄ (l) + 2 H⁺ + 2 e^- --> SO₂ (g) + 2 H₂O (l)
• verdund zwavelzuur: de H⁺ reageert als hulpdeeltje voor de oxidator 
• NO₃^- reageert alleen als salpeterzuur waarbij NO, NO₂ of HNO2₂  (salpeterigzuur) gevormd zal worden. Welke reactie? staat in opgave ! 

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

1) noteer welke deeltjes je hebt (denk aan milieu!!!)

2) zoek deeltjes op in Binas T48 en noteer ze in tabel ox |  red (met V₀)
3) neem formule sterkste ox en red over

4) neem de halfvergelijking van de sterkste ox en red onder elkaar over

5) maak de electronen gelijk en tel de halfvergelijkingen op en streep
     gelijke deeltjes voor/na de pijl door

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

 aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

1-2)                   ox             red
1,51  MnO₄^-/H⁺                H₂O   1,23

0,83  H₂O                         Fe²⁺   0,77
3-4)  ox MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e^- --> Mn²⁺ + H₂O

        red Fe²⁺ --> Fe³⁺ + e^-

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

 aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

5-6)  ox MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e^- --> Mn²⁺ + H₂O             1*

        red Fe²⁺ --> Fe³⁺ + e^{-                                          5*}

totaal   MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 Fe²⁺ --> 5 Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

Zelf halfreacties opstellen zonder T48

Soms moet je halfreacties opstellen die niet in Binas-48 staan. Dan zal je, enigszins op 'logisch gevoel', zélf de halfreacties moeten kunnen opstellen.

Hierbij is het heel belangrijk te noteren in welk milieu de reactie plaats gaat vinden: zuur (H⁺  hulpje voor ox), neutraal (H₂O als hulpje voor ox of red) of basisch (OH^- als hulpje voor red)

Stappenplan

Als je zelf een halfreactie moet opstellen zal er vaak een verandering in de aantal O's in de stof voor/na de pijl zijn. Dit ga je gebruiken om de halfreactie op te stellen. 

Vooraf kijk je of er gegeven is neutraal (H₂O voor de pijl) /zuur (H⁺ voor de pijl)/basisch (OH^- voor de pijl) milieu. Dit bepaalt nml grotendeels welk stappenplan je gaat volgen.

Stappenplan zuur milieu waarbij 'O uit molecuul gaan'

1. Maak de deeltjes voor/na de pijl kloppend (de O en H nog niet)

2. Tel de O voor/na de pijl en maak de O kloppend met het juiste aantal                     watermoleculen aan de kant waar je O 'mist' = achter de pijl

3. Maak de waterstofatomen kloppend met H+-ionen voor de pijl. 

4. Maak als laatste de ladingen kloppend met elektronen

Oefenen

Bekijk de volgende halfreactie eens. Deze klopt nog niet, dus eerst stap 1.

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O uit molecuul gaan'

1. Maak de deeltjes voor/na de pijl kloppend (de O en H nog niet)

2. Zet een water molecuul voor de pijl en een OH^- na de pijl

3. Maak nu  de O en de H kloppend; dit is puzzelen. 

4. Maak als laatste de ladingen kloppend met elektronen

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O molecuul ingaan'

1. Maak de deeltjes voor/na de pijl kloppend (de O en H nog niet)

2. Tel de O voor/na de pijl en maak de O kloppend met het juiste aantal                     watermoleculen aan de kant waar je O 'mist' = voor de pijl

3. Maak de waterstofatomen kloppend met H+-ionen na de pijl. 

4. Maak als laatste de ladingen kloppend met elektronen

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O molecuul ingaan'

Leidt de halfreactie af van de omzetting van jodaat (IO₃^-)
in perjoodzuur (H₅IO₆)

1. 

2. 

3.  

4. 

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O molecuul ingaan'

Leidt de halfreactie af van de omzetting van jodaat (IO₃^-)
in perjoodzuur (H₅IO₆)

1.    IO₃^-    --> H₅IO₆                                                                  de I klopt

2. IO₃^- + 3 H₂O --> H₅IO₆                                                      de I,O kloppen

3.  IO₃^-  + 3 H₂O--> H₅IO₆ + H⁺                                           de I,O,H kloppen

4. IO₃^-  + 3 H₂O --> H₅IO₆ + H⁺ + 2 e^-                              de I,O,H en lading kloppen

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O molecuul ingaan'

1) CH₃CH₂OH  --> CH₃COOH

2) 1 O voor en 2 O na ==> 1 H₂O nodig: CH₃CH₂OH + H₂O --> CH₃COOH

3) CH₃CH₂OH + H₂O --> CH₃COOH + 4 H⁺

4) CH₃CH₂OH + H₂O --> CH₃COOH + 4 H⁺ + 4 e^-

Stappenplan basisch milieu waarbij 'O molecuul ingaan'

Bv: permanganaat in neutraal milieu waarbij bruinsteen (T66) ontstaat

1. MnO₄^-  --> MnO₂

2. MnO₄^- + H₂O --> MnO₂  + OH^-

3. MnO₄^- + 1 H₂O --> MnO₂ + 2 OH^- NEE      MnO₄^- + 1 H₂O --> MnO₂ + 3 OH^-

      MnO₄^- + 2 H₂O --> MnO₂ + 4 OH^-  Ja

4. Maak als laatste de ladingen kloppend met elektronen

     MnO₄^- + 2 H₂O + 3 e^---> MnO₂ + 4 OH^-                       Jippieeee!

Stappenplan neutraal milieu waarbij 'O uit molecuul gaan'

1. Maak de deeltjes voor/na de pijl kloppend (de O en H nog niet)

2. Zet een water molecuul voor de pijl en een OH^- na de pijl

3. Maak nu  de O en de H kloppend; dit is puzzelen. 

4. Maak als laatste de ladingen kloppend met elektronen

Let dus op het reactiemilieu

Meer oefening ?

https://www.willdewolf.nl/images/pdf/VWO-onderwerpen/Elektrochemie-VWO.pdf 

of 

https://www.kemia.nl/oefenen/nova-max?view=article&id=76&catid=11

Zie nevenstaande beginstof en reactieproduct. Is er sprake geweest van een redoxreactie en hoe licht je het antwoord toe?

1. nee, voor en na de reactie zijn het nog steeds ijzerionen, dus geen redox
2. nee, het is allebei ijzersulfaat dus er was geen reactie
3. ja, de ijzerionen zijn van lading veranderd
4. ja, de ijzerionen uit de beginstof hebben elektronen opgenomen

Redoxreactie: reductoren

Metalen zijn altijd reductor.

Sommige metaalionen kunnen ook als reductor reageren.

Water is een heel zwakke reductor.

Redoxreactie: oxidatoren

Metaalionen kunnen altijd als oxidator reageren. Sommige metaal-ionen kunnen ook als reductor reageren.

Zure oplossingen (H⁺) zijn oxidator.

Water is een heel zwakke oxidator.

Redoxreactie: halfreacties

In een halfreactie komen altijd elektronen (e^-) voor. In de totaalreactie echter nooit! Zorg er bij het optellen voor dat e^- wordt weggestreept.

(Streep ook andere deeltjes die links en rechts van de → staan altijd weg).

Redoxreactie: halfreacties in Binas 48

Oxidator en haar geconjugeerde reductor (op dezelfde regel) vormen samen een redoxkoppel. Die noteer je als volgt

(reductor/oxidator):

             F^-/F₂

       Ce³⁺/Ce⁴⁺

          Au/Au³⁺

Zie nevenstaande halfreacties voor de redoxreactie tussen aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing en kaliumchloride-oplossing. Kun je deze halfreacties zo bij elkaar optellen en hoe licht je het antwoord toe?

1. nee, eerst halfreactie van oxidator x 5 en halfreactie van reductor x 2 (en deze omkeren natuurlijk)
2. nee, eerst halfreactie van oxidator x 2 en halfreactie van reductor x 5 (en deze omkeren natuurlijk)
3. ja, zolang je de halfreactie van de reductor eerst omkeert
4. ja, zolang je de halfreactie van de oxidator eerst omkeert

Redoxreactie: oxidatorsterkte (linkerpagina Binas 48)

Hoe hoger oxidator in Binas 48, hoe groter U⁰, hoe sterker de oxidator, hoe zwakker de geconjugeerde reductor. 

Een sterke oxidator is veel meer reactief dan een zwakkere oxidator.

sterk

zwakker

U⁰(V)

Redoxreactie: reductorsterkte (rechterpagina Binas 48)

Hoe lager reductor in Binas 48, hoe kleiner U⁰, hoe sterker de reductor, hoe zwakker de geconjugeerde oxidator. 

Een sterke reductor is veel meer reactief dan een zwakkere reductor.

zwakker

sterk

U⁰(V)

Het metaal lithium is de sterkte reductor, dus lithium-ionen zijn de zwakste oxidator!

In welke van nevenstaande situaties a, b en c treedt er een redoxreactie op? Maak gebruik van Binas 48 (en eventueel van Binas 66A en 66B).

1. a, b en c
2. alleen a
3. a en b
4. b en c

Redoxreactie: aanzuren en aanlogen (zie Binas 48)

  Lees dus altijd goed de tekst bij de opgave! Wanneer er 'aangezuurd' staat, betekent dat je halfreactie van de    oxidator dus links van de pijl niet alleen elektronen (e^-) heeft, maar ook protonen (H⁺).