Hoofdstuk 5 Oplossen van redoxreacties

Het schema hieronder verdeelt de redoxreacties in drie (groene) vlakken, resultaat van het samengaan van directe, indirecte redox met zwakke en sterke stoffen. Dat levert spontane en gedwongen redoxreacties op:

 

Direct

Indirect

 

Sterk

 

Dit zijn
Spontane reacties

 

 

 

Batterijen en accu's

 

Zwak

 

Hier gebeurt nooit iets effectief.

 

Electrolyse en opladen van accu's en batterijen

Dit zijn gedwongen reacties
 

Als we redoxreacties willen oplossen, niet met oxidatiegetallen, maar met de halfreactievergelijkingen, volgen we een aantal regels:
  1. over welke reactie gaat het?
  2. welke deeltjes doen mee?
  3. wat zijn de half-vergelijkingen?
  4. wat is de totaalreactievergelijking?
  5. welke conclusies kunnen we trekken en waarnemingen kunnen we doen?

Het volgende schema toont 6 stappen die altijd terugkomen bij het oplossen van redoxreacties, hier en daar een beetje afhankelijk of het een directe (geen electroden) of indirecte reactie (met electroden) is.

Zonder electroden

Met electroden

1. maak een schets van wat er allemaal gebeurt / gedaan wordt.

2a. Maak een lijst van alle aanwezige stoffen / deeltjes, inclusief electroden)

en

2b. Geef aan wat de reductor en wat de oxidator is(onderstrepen)

3. geeft de halfreactievergelijkingen;  

3. geeft de halfreactievergelijkingen;

OX reageert aan de positieve electrode

RED reageert aan de negatieve electrode

4. kloppend maken en totaalvergelijking

4. kloppend maken

5. Eventuele vervolgreacties

6. Geef waarnemingen en conclusies


N.B.: het gebruik van de redoxtabel is onmisbaar.

Een voorbeeld:
In het chemisch lab brengen we een klein stukje van het metaal Natrium in gedestileerd water (doen we in een soort aquarium). Het Natrium is een zacht metaal waar we gewoon een stukje vanaf kunnen snijden of knippen, maar voorzichtig: het wordt niet voor niets onder petroleum bewaard; het reageert spontaan met luchtzuurstof en met water. Het afgeknipte stukje natrium drogen we (met filtreerpapier halen we het petroleum er af) en we leggen het voorzichtig op het wateroppervlak. Meteen begint het hevig te reageren, er vormt zich een gas, het stukje natrium gaat snel bewegen over het wateroppervlak, al brandend met gele vlammen. Dat gaat door tot het metaal helemaal verdwenen is. Een paar druppels indicator toevoegen aan het water laat zien dat het gedestilleerd water basisch is geworden.

Duidelijk en directe reactie: de natriumdeeltjes botsen direct met de waterdeeltjes en er zijn geen electroden. De reactie is zeer spontaan. We volgen de zes stappen:
  1. Een situatieschets:
  2. de aanwezige deeltjes/stoffen zijn: natrium en water, verder niets.
    Kijken we in de tabel, dan moeten we concluderen dat water zowel als oxidator en als reductor kan optreden (in beide gevallen zeer zwak). Maar natrium daarentegen is een zeer sterke reductor, dus logisch om te denken dat het water in dit geval als oxidator gaat optreden. De reductor staat lager dan de oxidator, dus de reactie is spontaan.
  3. De halfreactievergelijkingen:
    Red: Na Na+ + e- |x2
    Ox: 2H2O + 2e- H2 + 2OH- |x1
    NB: het aantal electronen moet in beide halfreacties gelijk zijn
  4. De totaalreactievergelijking:
    2Na + 2H2O 2Na+ + H2 + 2OH-
    of:
    2Na(s) + 2H2O(l)2NaOH(aq) + H2(g)        ΔH < 0
  5. Waarschijnlijk is hier één vervolgreactie: het waterstofgas dat ontstaat is verantwoordelijk voor de brand; het reageert met zuurstof uit de lucht en veroorzaakt de vlammen.
  6. Waarnemingen en conclusies:
    1. De reactie is spontaan, er komt energie vrij in de vorm van warmte en licht; het is dus exotherme reactie.
    2. Er vormt zich het gas waterstof dat gemakkelijk ontvlamt en zal branden; dat is te zien.
    3. Het product NaOH creëert een basisch milieu (ionen OH-); dat kunnen we controleren met de indicator: kleur wordt violet.
Opdracht 47
Hieronder 6 redoxreacties om op te lossen volgens de 6 regels van het schema.
  1. Calcium(s) met water(l)
  2. Koper(s) met geconcentreerd salpeterzuur
  3. Kaliumpermanganaat(aq) met oxaalzuur(aq) (in aanwezigheid van verdund zwavelzuur)
  4. Koper(s) met zinksulfaat(aq)
  5. Broom(aq) met Kaliumjodide(aq)
  6. Kaliumpermanganaat(aq) met natriumsulfiet(aq)

Opdracht 48
Wat kun je waarnemen bij de reactie van Kalium met water? Zal deze reactie meer of minder hevig zijn, in vergelijking met natrium?