Chemie Overal 5e ed - Hoofdstuk 11 - Redoxreacties oefentoetsen & antwoorden

In een zuurbase-reactie is er sprake van protonenoverdracht (H+-overdracht). Een zuur kan een H+ afstaan en een base kan een H+ opnemen. In een redoxreactie is er sprake van elektronenoverdracht (e—overdracht). Een reductor staat elektronen af en een oxidator neemt elektronen op. Een reductor staat elektronen af en een oxidator neemt elektronen op. In BINAS Tabel 48 worden de halfreacties van de reductor en oxidator weergegeven, waarin ook af te lezen is dat een reductor een elektron (of elektronen) afstaat en dat een oxidator een elektron (of elektronen) opneemt. Voor de reactie tussen magnesium en zuurstof geldt △V0 = 0,5 V. Deze waarde ligt boven de waarde van 0,3 en dus is de reactie tussen magnesium en en zuurstof een aflopende reactie. Wanneer de △V0-waarde tussen de 0,3 en de -0,3 ligt is er sprake van een evenwichtsreactie. Als de waarde lager is dan -0,3 verloopt de redoxreactie niet. Halfreactie 1 vindt plaats in een basisch milieu, aangezien er voor de pijl OH—ionen aanwezig zijn. Deze ionen zorgen ervoor dat de halfrectie plaatsvindt in een basisch milieu. Halfreactie 2 vindt plaats in een zuur milieu, aangezien er voor de pijl H+-ionen aanwezig zijn. Deze ionen zorgen ervoor dat de halfreactie plaatsvindt in een zuur milieu. Daarnaast kan de notatie H+ ook worden vervangen naar H3O+, aangezien H3O+-ionen ook zorgen voor een zuur milieu. Het principe van een zuur-basetitratie geldt ook voor een redoxtitratie. Bij een zuur-basetitratie hebben in het equivalentiepunt alle zure deeltjes gereageerd met de base. Bij redoxtitraties hebben in het equivalentiepunt alle oxidatordeeltjes gereageerd met reductordeeltjes. De berekeningen bij redoxtitraties zijn hetzelfde als bij zuur-basetitraties. Een voordeel van een redoxtitratie ten opzichte van een zuur-basetitratie is dat de deelnemende stoffen bij het equivalentiepunt vaak zelf van kleur veranderen. Hierdoor is het niet altijd nodig om een indicator toe te voegen.  Halfreactie 1 hoort bij een oxidator, aangezien er elektronen voor de pijl staan en dus AgCl elektronen opneemt. Halfreactie 2 hoort bij een reductor, aangezien er elektronen na de pijl staan en dus Ca elektronen afstaan. OX AgCl (s) + e- 🡪 Ag (s) + Cl- (aq) x 2 RED Ca (s) 🡪 Ca2+ (aq) + 2 e- x 1 OX 2 AgCl (s) + 2 e- 🡪 2 Ag (s) + 2 Cl- (aq)RED Ca (s) 🡪 Ca2+ (aq) + 2 e-___________________________________________________ +-TOTAAL 2 AgCl (s) + Ca (s) 🡪 2 Ag (s) + 2 Cl- (aq) + Ca2+ (aq)Let bij op stellen van deze totaalvergelijking op de volgende punten: Halfreactie 1 moet vermenigvuldigd worden met 2. Hierdoor staan er in deze halfreactie 2 elektronen, net zoals in halfreactie 2. Wanneer de elektronen in beide halfreacties aan elkaar gelijk zijn, mogen de twee halfreacties worden opgeteld. In de totaalvergelijking staan achter de pijl Cl—ionen en Ca2+-ionen. Wanneer er twee of meer ionen achter de pijl staan moet er in BINAS Tabel 45A gecontroleerd worden of deze ionen geen neerslag vormen. De combinatie tussen Ca2+ en Cl- is een ‘g’. Beide ionen zijn dus goed oplosbaar in water. Er zal geen neerslag worden gevormd. Wanneer er een combinatie ‘s’ in BINAS Tabel 45A staat bij de desbetreffende ionen wordt er een neerslag gevormd. Achter de pijl moet dan de verhoudingsformule komen te staan van het slecht oplosbare zout. Stanaardelektrodepotentiaal halfreactie 1 (OX): + 0,22 V Standaardelektrodepotentiaal halfreactie 2 (RED): - 2,87  V△V0 =  Vox – Vred = 0,22 - - 2,87 = 0,22 + 2,87 = 3,09 V. △V0 = 3,09 V dus een aflopende reactie. De reactie verloopt.  Hieronder wordt per stap aangegeven hoe de halfreactie kloppend gemaakt wordt. MnO4- 🡪 Mn2+MnO4- 🡪 Mn2+ + 4 H2O (O-balans kloppend maken met H2O)MnO4- + 8 H+ 🡪 Mn2+ + 4 H2O (H-balans kloppend maken met H+)Netto: 7+             Netto: 2+ (ladingbalans kloppend maken met e-)De halfreactie wordt dan: MnO4- + 8 H+ + 5 e- 🡪 Mn2+ + 4 H2OHieronder wordt per stap aangegeven hoe de halfreactie kloppend gemaakt wordt. S2- 🡪 SO42-S2- + 4 H2O 🡪 SO42- (O-balans kloppend maken met H2O)S2- + 4 H2O 🡪 SO42- + 8 H+ (H-balans kloppend maken met H+)De halfreactie vindt plaats in een basisch milieu en geen zuur milieu. De H+-ionen moeten worden gecompenseerd door OH--ionen.S2- + 4 H2O + 8 OH- 🡪 SO42- + 8 H+ + 8 OH- (zuur-basereactie tussen H+ en OH-)S2- + 4 H2O + 8 OH- 🡪 SO42- + 8 H2O (H2O wegstrepen)S2- + 8 OH- 🡪 SO42- + 4 H2O Linkerkant: nettolading 10- Rechterkant: nettolading 2-De ladingbalans kloppend maken met negatief geladen elektronen (e-).  De halfreactie wordt dan: S2- + 8 OH- 🡪 SO42- + 4 H2O + 8 e-Structuurformule A is een primair alcohol en structuurformule B is een tertiair alcohol. De OH-groep van stof A zit vast aan een koolstofatoom. Dat koolstofatoom zit vast aan één koolstofatoom en aan twee waterstofatomen. Aangezien het koolstofatoom waaraan de -OH groep vastzit, gebonden is aan één ander koolstofatoom is dit een primair alcohol. De OH-groep van stof B zit vast aan een koolstofatoom. Dat koolstofatoom zit vast een drie andere koolstofatomen. Aangezien het koolstofatoom waaraan de -OH groep vastzit, gebonden is aan drie andere koolstofatomen is dit een tertiair alcohol. De halfreacties zijn te vinden in BINAS Tabel 48. Halfreactie 1: 2 HCIO + 2 H+ + 2 e- 🡪 Cl2 + 2 H2O Halfreactie 2: 2 I- 🡪 I2 + 2 e-De elektronen zijn in beide halfreacties aan elkaar gelijk. De halfreacties mogen dus bij elkaar opgeteld worden. Redoxreactie: 2 HCIO + 2 H+ + 2 I- 🡪 Cl2 + 2 H2O + I2Jood (I2) is volgens BINAS Tabel 48 een oxidator. Jood (I2) neemt namelijk elektronen op. Als jood de oxidator is, dan moet glucose de reductor zijn en dus elektronen afstaan. De totale redoxreactie wordt hieronder weergegeven. C3H8O3 + 2 H5IO6 🡪 2 H2CO + HCOOH + 2 IO3- + 2 H+ + 5 H2O Om te achterhalen hoe je de twee halfreacties opstelt is het belangrijk om de tekst boven de opgave eerst goed te lezen. Stap 1: Perjoodzuur is een zuur en zal er dus in de halfreactie H+-ionen aanwezig moeten zijn. Deze stof is een oxidator, dus moeten er in de halfreactie ook e- voor de pijl aanwezig zijn. Halfreacties uit BINAS Tabel 48 halen. Halfreactie 1: H5IO6 + H+ + 2 e- 🡪 IO3- + 3 H2O Halfreactie 2: C3H8O3 + H2O 🡪 2 H2CO + HCOOH + 4 H+ + 4 e-Stap 2: De elektronen in beide halfreacties zijn niet aan elkaar gelijk. De eerste halfreactie moet worden vermenigvuldigt met 2. Halfreactie 1: 2 H5IO6 + 2 H+ + 4 e- 🡪 2 IO3- + 6 H2O Halfreactie 2: C3H8O3 + H2O 🡪 2 H2CO + HCOOH + 4 H+ + 4 e-Stap 3 De elektronen mogen nu tegen elkaar worden weggestreept.Als je beide halfreactie optelt kom je weer uit op de totale redoxvergelijking. Halfreactie 1: 2 H5IO6 + 2 H+ + 4 e- 🡪 2 IO3- + 6 H2O Halfreactie 2: C3H8O3 + H2O 🡪 2 H2CO + HCOOH + 4 H+ + 4 e-Redoxreactie: C3H8O3 + 2 H5IO6 🡪 2 H2CO + HCOOH + 2 IO3- + 2 H+ + 5 H2O  De halfreactie voor de omzetting van waterstofsulfide (H2S) in S22- wordt hieronder stap voor stap weergegeven.  H2S 🡪 S22-2 H2S   🡪 S22- (S-balans kloppend maken met coëfficiënten) 2 H2S   🡪 S22- + 4 H+ (H-balans kloppend maken met H+)2 H2S 🡪 S22- + 4 H+ + 2 e- (ladingbalans kloppend maken met e-)Let op:In de opgave is vermeld dat in de halfreactie voor deze omzetting naast H2S en S22- ook H+ -ionen voorkomen. De halfreactie vindt dus plaats in een zuur milieu. De halfreactie die hierboven staat is dus al meteen goed. Als er geen H+-ionen mogen voorkomen in de halfreactie, hadden deze gecompenseerd moeten worden met OH—ionen (zie opgave 3b). De reactievergelijking voor het ontstaan van melanteriet uit markasiet wordt hieronder weergegeven. 2 FeS2 + 16 H2O + 7 O2 🡪 2 FeSO4 · 7 H2O + 2 H2SO4Let bij het opstellen van deze reactievergelijking op de volgende punten: Water en zuurstof staan voor de pijl. In het tekstfragment wordt namelijk benoemd dat water en zuurstof nodig zijn om melanteriet te vormen uit markasiet. Bij het ontstaan van melanteriet (zouthydraat) ontstaat ook zwavelzuur. De molecuulformule van zwavelzuur is H2SO4. Zwavelzuur is een sterk zuur en kan dus splitsen in ionen. Let op: de volgende reactievergelijkingen worden daarom ook goedgekeurd: 2 FeS2 + 20 H2O + 7 O2 🡪 2 FeSO4 · 7 H2O + 4 H3O+ + 2 SO42- en 2 FeS2 + 16 H2O + 7 O2 🡪 2 FeSO4 · 7 H2O + 4 H+ + 2 SO42-Om te berekenen hoeveel maal zo groot het volume van de vaste stof wordt, wanneer vast markasiet wordt omgezet tot vast melanteriet heb je de dichtheid van beide stoffen nodig. Let op:Het antwoord ‘dichtheid’ is fout. Uit het antwoord moet namelijk blijken dat je de dichtheid van beide stoffen nodig hebt. Het antwoord ‘dichtheden’ is hier wel goed. De molaire massa van stof X (C9H8O3) bedraagt 164 g/mol. M = 164 g/mol (zie opgave)m = 9,80 gram $n = \frac{m}{M} = \frac{9.80}{164} = 0.060$ mol = $60$ mmol C9H8O3Let op: afronden op twee significante cijfers nauwkeurig!