Přípravný kurz k přijímacím zkouškám Obecná a anorganická ...rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel běžně např. reakce kovu s kyselinou, slučování

část II. - 9. 3. 2013

Přípravný kurz k přijímacím

zkouškám

Obecná a anorganická chemie

RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D.

Ústav chemie materiálů

Fakulta chemická VUT v Brně

Přípravný kurz k přijímacím

zkouškám

Obecná a anorganická chemie

RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D.

Ústav chemie materiálů

Fakulta chemická VUT v Brně

část II. - 9. 3. 2013

Jak by bylo možné chemické reakce popisovat?

Podle toho, co vidíme vizuálně:

reakcí bezbarvého plynu se žlutozeleným plynem vzniká bezbarvý plyn

...nic nám to neřekne, takových reakcí může být víc

Jednoduše např. pomocí hmotností nebo objemů látek, které spolu zreagují:

2 g vodíku se 71 g chloru vytvoří 73 g chlorovodíku

z litru plynného vodíku a z litru plynného chloru vzniknou dva litry chlorovodíku

...není to špatné a mnohdy by to i stačilo, ale praktické to není

Nebo pomocí atomových a molárních hmotností:

2 × 1,00794 + 2 × 35,453 = 2 × 36,46094

...tak je to lepší, ale kdo by si chtěl takovou rovnici pamatovat a jak poznat, co je co?

Z praktických důvodů se však vžil zápis pomocí chemických vzorců:

H2 + Cl2 2 HCl

...pod symboly prvků a sloučenin máme čísla jako v předchozím případě, ale lépe se to pamatuje

Chemické rovnice

Co je to tedy chemická rovnice?

Chemická rovnice je zápis chemického děje (reakce) pomocí chemických symbolů.

Tento zápis je často velmi zjednodušený a nemusí nic vypovídat o průběhu reakce.

Ve skutečnosti chemická rovnice není nic jiného, než rovnice matematická.

např.:

2 S + 3 O2 2 SO3

Což by bylo možné zapsat např. i jako:

¼ S8 + 3 O2 ⅔ (SO3)3

nebo

3 S8 + 36 O2 8 (SO3)3

Chemické rovnice

+

Jak můžeme chápat chemickou rovnici?

Chemickou rovnici můžema chápat jako rovnici matematickou.

Symbol rovnosti v matematické rovnici "=" v chemické rovnici reprezentuje šipka " "

Proto se levá i pravá strana chemické rovnice musí rovnat

▪ symboly prvků a sloučenin reprezentují atomové a molární hmotnosti (tj. čísla)

▪ koeficienty reprezentují celistvé násobky atomových a molárních hmotností (tj. čísla)

▪ koeficienty zároveň reprezentují i násobky počtů částic nebo molů (tj. čísla)

Levá strana rovnice reprezentuje stav před reakcí a látky, které se nacházejí na levé

straně rovnice, tj. látky, které vstupují do reakce, nazýváme jako reaktanty

Pravá strana rovnice představuje stav systému po reakci a látky, které během reakce

vznikly nazýváme produkty

Někdy reakce neproběhne zcela a z určitého pohledu významný podíl reaktantů zůstane

nezměněn. Takovou reakci označujeme jako rovnovážnou a místo jednoduché šipky

používáme šipku dvojitou:

Chemické rovnice

Způsoby zápisu chemických rovnic

chemické rovnice běžně zapisujeme v tzv. stechiometrickém stavu, např.:

2 FeCl3 + 3 H2S Fe2S3 + 6 HCl

někdy je vhodné využít tzv. stavového zápisu, např.:

2 FeCl3 (aq) + 3 H2S (g) Fe2S3 (s) + 6 HCl (aq)

často se využívá praktický zkrácený iontový zápis, např.:

2 FeIII + 3 S-II Fe2S3

nebo:

IO3- + Cl2 + 6 OH

- IO6

5- + 2 Cl

- + 3 H2O

tento způsob zápisu má význam především u rovnic oxidačně redukčních nebo srážecích

Chemické rovnice

Značení skupenského stavu: (s) - solidus - pevný (l) - liquidus - kapalný (g) - gaseus - plynný (aq) - aqua - vodný roztok (solv) - roztok obecně

Rozdělení chemických rovnic (s ohledem na vyčíslování koeficientů)

▪ rovnice při nichž nedochází ke změnám oxidačních čísel

běžně např. rovnice srážecí reakce nebo podvojné záměny

Pb(NO3)2 + 2 KI PbI2 + 2 KNO3

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel

běžně např. reakce kovu s kyselinou, slučování prvků apod.

4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice iontové

běžně oxidačně-redukční rovnice

IO3- + Cl2 + 6 OH

- IO6

5- + 2 Cl

- + 3 H2O

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice disproporcionační zjednodušeně lze říci, že prvek se zároveň oxiduje i redukuje

Br2 + KOH KBr + KBrO3 + H2O

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice synproporcionační je vlastně opakem dispoporcionace, ze dvou oxidačních stavů prvků vzniká jeden oxidační stav

2 H2S + SO2 3 S + 2 H2O

Chemické rovnice

Způsoby vyčíslování chemických rovnic

▪ metoda zkusmo (metoda pokus-omyl)

za metodu v pravém slova smyslu označit nelze, do jisté míry však může obsahovat prvky metody řešení úvahou

u jednoduchých rovnic poměrně rychlá, u složitějších značně nespolehlivá

v testu či písemné práci nemusí být uznána jako regulérní řešení

▪ řešení úvahou

na první pohled připomíná metodu zkusmo, má však svá pravidla a nejedná se o chaotický postup

může být velice rychlá i u poměrně složitých rovnic, předpokládá solidní matematický aparát a zkušenosti

v testu či písemné práci nemusí být rovněž uznána jako regulérní řešení (špatně se dokládá způsob řešení)

▪ řešení pomocí soustavy lineárních rovnic (algebraické řešení)

většinou poměrně zdlouhavý postup, výhodou je možnost rychlého určení koeficientů pomocí počítače

používá se především u složitějších rovnic bez oxidačně-redukčních změn (lze však použít i na ně)

nepoužívá se u rovnic v iontovém tvar (ale použít jde)

▪ metoda rovnosti vyměňovaných elektronů - RVE (oxidačně-redukční polorovnice)

ve většině případů poskytuje spolehlivě a dostatečně rychle řešení, vyžaduje schopnost určení oxidačních čísel

situace se komplikuje v případě disproporcionace nebo synproporcionace (lze však použít i v tomto případě)

nelze použít pro rovnice bez oxidačně-redukčních změn

Chemické rovnice

H2 + Cl2 HCl

Vyčíslování chemických rovnic

H2 + Cl2 2 HCl


H2 + O2 H2O


H2 + O2 2 H2O


2 H2 + O2 2 H2O


H2 + N2 NH3


H2 + N2 2 NH3


3 H2 + N2 2 NH3


Pravidla

1. nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné

sloučenině

2. pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve

sloučenině, nikoliv v prvku

3. pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve

sloučenině s více atomy nebo alespoň s více různými typy atomů

4. vyčíslíme rovnici podle vybraného typu atomu

5. pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině

vybraného typu

6. provedeme kontrolu !!!

Řešení chemických rovnic úvahou

Vyčíslete:

BaCl2 + K3PO4 Ba3(PO4)2 + KCl

1. nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné sloučenině

zde tuto podmínku splňují všechny atomy

2. pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve sloučenině, nikoliv v prvku

zde tuto podmínku splňují všechny atomy

3. pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve sloučenině s více atomy nebo

alespoň s více různými typy atomů

zde tuto podmínku splňují atomy Ba, P a O, můžeme si tedy vybrat


začneme vyčíslováním např. podle kyslíku:

BaCl2 + 2 K3PO4 Ba3(PO4)2 + KCl

5. pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině vybraného typu

BaCl2 + 2 K3PO4 Ba3(PO4)2 + 6 KCl

3 BaCl2 + 2 K3PO4 Ba3(PO4)2 + 6 KCl


Vyčíslete:

P2I4 + P4 + H2O PH4I + H3PO4

1. nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné sloučenině

zde tuto podmínku splňují atomy I a O

2. pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve sloučenině, nikoliv v prvku

zde tuto podmínku splňují oba vybrané atomy I i O

3. pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve sloučenině s více atomy nebo

alespoň s více různými typy atomů

zde tuto podmínku splňuje atom O


P2I4 + P4 + 4 H2O PH4I + H3PO4

5. pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině vybraného typu

P2I4 + P4 + 4 H2O 5/4 PH4I + H3PO4 (H: 8 - 3 / 4)

5/16 P2I4 + P4 + 4 H2O 5/4 PH4I + H3PO4 (I: 5/4 / 4)

5/16 P2I4 + 13/32 P4 + 4 H2O 5/4 PH4I + H3PO4 (P: 5/4+1 - 10/16 / 4)

10 P2I4 + 13 P4 + 128 H2O 40 PH4I + 32 H3PO4


Řešení chemických rovnic pomocí soustavy lineárních rovnic

Pravidla

1. každé sloučenině v chemické rovnici přiřadíme proměnnou (a, b, c...)

2. pro každý atom (nebo skupinu, která se nemění) napíšeme rovnici

3. zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a

položíme ji rovnu jedné (nebo jinému číslu)

4. vhodnou kombinací se vyhneme řešení soustav rovnic s větším počtem než 2

5. výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme

získali co nejmenší celá čísla



Vyčíslete:

BaCl2 + K3PO4 Ba3(PO4)2 + KCl


a BaCl2 + b K3PO4 c Ba3(PO4)2 + d KCl


Ba: a = 3c K: 3b = d O: 4b = 8c

Cl: 2a = d P: b = 2c

3. zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a položíme ji rovnu jedné (nebo

jinému číslu)

zvolme např. a = 1


pokud a = 1, potom c = 1/3, d = 2, b = 2/3

5. výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

tedy: 1 BaCl2 + 2/3 K3PO4 1/3 Ba3(PO4)2 + 2 KCl

po vynásobení třemi:

3 BaCl2 + 2 K3PO4 Ba3(PO4)2 + 6 KCl



Vyčíslete:

P2I4 + P4 + H2O PH4I + H3PO4


a P2I4 + b P4 + c H2O d PH4I + e H3PO4


P: 2a + 4b = d + e H: 2c = 4d + 3e

I: 4a = d O: c = 4e

3. zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a položíme ji rovnu jedné (nebo

jinému číslu)

zvolme např. e = 1


pokud e = 1, potom c = 4, d = (8 - 3)/4 = 5/4, a = (5/4)/4 = 5/16,

b = (5/4 + 1 - 10/16)/4 = (20/16 + 16/16 - 10/16)/4 = (26/16)/4 = 26/64 = 13/32

5. výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

5/16 P2I4 + 13/32 P4 + 4 H2O 5/4 PH4I + H3PO4

10 P2I4 + 13 P4 + 128 H2O 40 PH4I + 32 H3PO4


Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů

Pravidla

1. určíme prvky, které mění své oxidační číslo

2. sestavíme dílčí rovnice vystihující oxidaci a redukci (je vhodné respektovat počet

atomů ve vzorci)

3. použijeme křížové pravidlo

4. získané koeficienty napíšeme před vzorce látek, z nichž se vycházelo

5. provede se bilance zbývajících prvků

6. výsledné zjištěné koeficienty případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali

co nejmenší celá čísla


8. u rovnic v iontovém tvaru je nutné zkontrolovat, zda je na obou stranách rovnice

stejný součet nábojů


Vyčíslete:

Cr2O3 + KNO3 + KOH K2CrO4 + KNO2 + H2O


oxidační číslo mění Cr a N

2. sestavíme dílčí rovnice vystihující oxidaci a redukci (je vhodné respektovat počet atomů ve vzorci)


2 CrIII 2 CrVI 6 2 tj. 1 (oxidace)

NV NIII 2 6 tj. 3 (redukce)


1 Cr2O3 + 3 KNO3 + KOH 2 K2CrO4 + 3 KNO2 + H2O


1 Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH 2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O

6. výsledné zjištěné koeficienty případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

rovnice je již ve správném tvaru

Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH 2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O



Vyčíslete:

Pb + HNO3 Pb(NO3)2 + NO + H2O


oxidační číslo mění Pb a N (pozor, N jen z části: HNO3 NO)



Pb0 PbII 2 3 (oxidace)

NV NII 3 2 (redukce)


3 Pb + HNO3 3 Pb(NO3)2 + 2 NO + H2O (HNO3 !!!)


3 Pb + 8 HNO3 3 Pb(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O



3 Pb + 8 HNO3 3 Pb(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O



Vyčíslete:

As2S3 + HNO3 + H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO


oxidační číslo mění As, S a N



2 AsIII 2 AsV 4 (oxidace)

3 S-II 3 SVI 24 28 3 (oxidace)

NV NII 3 3 28 (redukce)


3 As2S3 + 28 HNO3 + H2O 6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO


3 As2S3 + 28 HNO3 + 4 H2O 6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO



3 As2S3 + 28 HNO3 + 4 H2O 6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO



Vyčíslete:

Br2 + KOH KBr + KBrO3 + H2O


oxidační číslo mění pouze Br (disproporcionace)



Br0 BrV 5 1 (oxidace)

Br0 Br-I 1 5 (redukce)


3 Br2 + KOH 5 KBr + 1 KBrO3 + H2O


3 Br2 + 6 KOH 5 KBr + 1 KBrO3 + 3 H2O



3 Br2 + 6 KOH 5 KBr + KBrO3 + 3 H2O



Vyčíslete:

H2S + SO2 S + H2O


oxidační číslo mění pouze S (synproporcionace)



S-II S0 2 4 tj. 2 (oxidace)

SIV S0 4 2 tj. 1 (redukce)


2 H2S + 1 SO2 3 S + H2O


2 H2S + 1 SO2 3 S + 2 H2O



2 H2S + SO2 3 S + 2 H2O


Řešení rovnic v iontovém tvaru (metoda RVE)

Vyčíslete:

IO3- + Cl2 + OH

- IO6

5- + Cl

- + H2O


oxidační číslo mění I a Cl



IV IVII 2 2 tj. 1 (oxidace)

2 Cl0 2 Cl-I 2 2 tj. 1 (redukce)


1 IO3- + 1 Cl2 + OH

- 1 IO6

5- + 2 Cl

- + H2O

5. provede se bilance zbývajících prvků (i s ohledem na náboje !!!)

1 IO3- + 1 Cl2 + 6 OH

- 1 IO6

5- + 2 Cl

- + 3 H2O



IO3- + Cl2 + 6 OH

- IO6

5- + 2 Cl

- + 3 H2O


Řešení rovnic v iontovém tvaru (metoda RVE)

Vyčíslete:

MnO42-

+ H3O+ MnO4

- + MnO2 + H2O


oxidační číslo mění pouze Mn (disproporcionace)



MnVI MnVII 1 2 (oxidace)

MnVI MnIV 2 1 (redukce)


3 MnO42-

+ H3O+ 2 MnO4

- + 1 MnO2 + H2O

5. provede se bilance zbývajících prvků (i s ohledem na náboje !!!)

3 MnO42-

+ 4 H3O+ 2 MnO4

- + 1 MnO2 + 6 H2O

6. výsledné zjištěné proměnné případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla


3 MnO42-

+ 4 H3O+ 2 MnO4

- + MnO2 + 6 H2O


Doplňte případné chybějící vzorce a určete stechiometrické koeficienty

..... + H2SO4 Na2SO4 + HCl

Pb + HNO3 (konc.) Pb(NO3)2 + NO2 + H2O

Fe + ..... FeCl2 + H2

Cu + HNO3 (zřeď.) Cu(NO3)2 + NO + H2O

..... + H2SO4 Na2SO4 + H2

C2H2O4 + KMnO4 + H2SO4 CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

KI + H2SO4 I2 + K2SO4 + H2S + H2O

..... + H2O Ca(OH)2 + H2

..... + MnO2 Br2 + MnBr2 + H2O

CaO + ..... CaCl2 + H2O

H2SO4 + ..... Br2 + SO2 + H2O

MnO2 + HCl ..... + Cl2 + H2O

..... + HCl PbCl2 + Cl2 + H2O

Chemické rovnice k procvičení - zadání

Určete stechiometrické koeficienty

MnO4- + H2O2 + H3O

+ Mn

2+ + O2 + H2O

Cl- + Cr2O7

2- + H3O

+ Cl2 + Cr

3+ + H2O

Fe2+

+ Cr2O72-

+ H3O+ Fe

3+ + Cr

3+ + H2O

IO3- + SO3

2- + H3O

+ I2 + SO4

2- + H2O

BrO3- + F2 + OH

- BrO4

- + F

- + H2O

Chemické rovnice k procvičení - zadání

2 NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2 HCl

Pb + 4 HNO3 (konc.) Pb(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

Fe + 2 HCl FeCl2 + H2

3 Cu + 8 HNO3 (zřeď.) 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

2 Na + H2SO4 Na2SO4 + H2

5 C2H2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O

10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O

8 KI + 5 H2SO4 4 I2 + 4 K2SO4 + H2S + 4 H2O

CaH2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 H2

4 HBr + MnO2 Br2 + MnBr2 + 2 H2O

CaO + 2 HCl CaCl2 + H2O

H2SO4 + 2 HBr Br2 + SO2 + 2 H2O

MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

PbO2 + 4 HCl PbCl2 + Cl2 + 2 H2O

Chemické rovnice k procvičení - řešení

2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H3O

+ 2 Mn

2+ + 5 O2 + 14 H2O

6 Cl- + Cr2O7

2- + 14 H3O

+ 3 Cl2 + 2 Cr

3+ + 21 H2O

6 Fe2+

+ Cr2O72-

+ 14 H3O+ 6 Fe

3+ + 2 Cr

3+ + 21 H2O

2 IO3- + 5 SO3

2- + 2 H3O

+ I2 + 5 SO4

2- + 3 H2O

BrO3- + F2 + 2 OH

- BrO4

- + 2 F

- + H2O

Chemické rovnice k procvičení - řešení

Rovnice k procvičování

http://www.fch.vutbr.cz/home/richtera/equation.html

Zdroj na internetu k procvičování

Documents

Přípravný kurz k přijímacím zkouškám Obecná a anorganická ...rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel běžně např. reakce kovu s kyselinou, slučování