home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter5.7c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  13KB  |  308 lines
  1. à 5.7cèOxidation - Reduction Reactions
  2. äèPlease balance ê followïg oxidation-reduction reactions å give ê coefficient ç ê 
  3. specified compound.
  4. âèBalance ê reaction:èHCl + HNO╖ + KI ─¥ I╖ + NO + KCl + H╖O.
  5. The N changes oxidation state from +3 ë +2, å I changes from -1 ë 0.
  6. The ëtal change for I is 2eú, because 2Iú ─¥ I╖.èBalance eú transfer.
  7. 2HNO╖ react with 2KI:èHCl + 2HNO╖ + 2KI ─¥ I╖ + 2NO + KCl + H╖O.
  8. Balance cation (Kó):è HCl + 2HNO╖ + 2KI ─¥ I╖ + 2NO + 2KCl + H╖O.
  9. Balance anion (Clú):è2HCl + 2HNO╖ + 2KI ─¥ I╖ + 2NO + 2KCl + H╖O.
  10. Balance H å O: 2HCl + 2HNO╖ + 2KI ─¥ I╖ + 2NO + 2KCl + 2H╖O.èBALANCED!
  11. éSèOxidation-reduction reactions ïvolve ê transfer ç electrons
  12. from a reactant that will provide electrons ë ê reactant that wants
  13. ê electrons.èOxidation is ê process ï which ê substance loses
  14. electrons, å reduction is ê process ï which a substance gaïs elec-
  15. trons.èSïce matter remaïs electrically neutral durïg chemical reac-
  16. tions, we know that oxidation occurs concurrently with reduction å that
  17. êre is no net loss or gaï ï ê number ç electrons.
  18.  
  19. The substance that provides ê electrons is called ê reducïg agent.
  20. The reducïg agent is oxidized durïg ê chemical reaction.è(Confusïg
  21. isn't it.)èThe oxidation number ç ê "reducïg agent" ïcreases as a
  22. result ç ê reaction.
  23.  
  24. The substance that accepts ê electrons is called ê oxidizïg agent.
  25. The oxidizïg agent is reduced durïg ê chemical reaction.èThe oxida-
  26. tion number ç ê "oxidizïg agent" decreases as a result ç ê
  27. reaction.
  28.  
  29. One method ç balancïg redox (shorthå for oxidation-reduction) reac-
  30. tions is ê oxidation number method.èWe start with ê reaction showïg
  31. ê oxidizïg å reducïg agents on ê left å ê products ç ê
  32. reaction on ê right ç ê arrow, as always.èWe will work through
  33. balancïg ê reaction between oxalic acid å potassium permanganate ï
  34. ê presence ç sulfuric acid:
  35.  
  36.     H╖SO╣ + H╖C╖O╣ + KMnO╣ ───¥ K╖SO╣ + MnSO╣ + CO╖ + H╖O.
  37.  
  38. Step 1: Assign oxidation numbers ë ê aëms ï ê compounds.
  39. è
  40. è+1 +6 -2è +1 +3 -2è+1 +7 -2èè +1 +6 -2è+2 +6 -2è+4 -2è +1 -2
  41. èèH╖SO╣è+èH╖C╖O╣è+èKMnO╣è───¥èK╖SO╣è+èMnSO╣è+èCO╖è+èH╖O.
  42.  
  43. Look for aëms that change êir oxidation number å balance aëms
  44. except H å O ï ê oxidizïg å reducïg agents.èThe carbon changes
  45. from +3 ë +4, å ê Mn changes from +7 ë +2.èH╖C╖O╣ is ê reducïg
  46. agent because it is losïg electrons. We need 2CO╖ ë balance ê carbon
  47. aëms.èKMnO╣ is ê oxidizïg agent because it is gaïïg electrons.
  48.  
  49. Step 2: Determïe ê number ç electrons gaïed or lost per formula
  50. unit ç ê oxidizïg å ê reducïg agent.èEach carbon loses one
  51. electron.èThere are two carbons ï one H╖C╖O╣, so ê ëtal loss is two
  52. electrons per H╖C╖O╣.èEach Mn gaïs 5 electrons (7 - 2).èThere is one
  53. Mn ï one KMnO╣ so ê ëtal gaï is 5 electrons per KMnO╣ 
  54.  
  55.     èèèèè┌──────────── 2eú loss ────────────┐
  56.     H╖SO╣ + H╖C╖O╣ + KMnO╣ ───¥ K╖SO╣ + MnSO╣ + 2CO╖ + H╖O.
  57.     èèèèèèèèè└─── 5eú gaï ────┘ 
  58.  
  59. Step 3: Balance ê electron transfer so that ê electrons gaïed equal
  60. ê electrons lost usïg ê smallest possible coefficients.è5H╖C╖O will
  61. furnish 10 electrons, å 2KMnO╣ will accept ten electrons.
  62.  
  63.     H╖SO╣ + 5H╖C╖O╣ + 2KMnO╣ ───¥ K╖SO╣ + 2MnSO╣ + 10CO╖ + H╖O.
  64.  
  65. Step 4: Balance cations å anions ç compounds that do not change oxida-
  66. tion number.èThe cation is Kó, å it is balanced.èThe anion is SO╣ìú.
  67. There are three sulfate ions on ê right, so we need 3H╖SO╣ on ê left.
  68.  
  69.     3H╖SO╣ + 5H╖C╖O╣ + 2KMnO╣ ───¥ K╖SO╣ + 2MnSO╣ + 10CO╖ + H╖O.
  70.  
  71. Step 5: Balance hydrogen.èThere are 6 + 10 = 16 hydrogens on ê left
  72. å two on ê right.èWe need 8H╖O on ê right ë make H balance.
  73.  
  74.     3H╖SO╣ + 5H╖C╖O╣ + 2KMnO╣ ───¥ K╖SO╣ + 2MnSO╣ + 10CO╖ + 8H╖O.
  75.  
  76. Step 6: At this poït, we should be fïished.èOxygen will be balanced if
  77. everythïg is correct.èCheckïg ê balance on oxygen ï ê above
  78. equation, we fïd 3(4) + 5(4) +2(4) = 40 oxygen on ê left å
  79. 4 + 2(4) + 10(2) + 8 = 40 on ê right.èTheèequation is balanced.
  80.  
  81. In summary, ê process is ë balance (1) ê aëms ï ê oxidizïg å
  82. reducïg agents, (2) ê oxidation number change, (3) ê "cations" å
  83. ê "anions", (4) ê hydrogen aëms, å (5) ê oxygen aëms.
  84.  1èWhat is ê coefficient ç HCl when ê followïg redox
  85. reaction is balanced?
  86.  
  87.         HCl + MnO╖ ───¥ MnCl╖ + Cl╖ + H╖O.
  88.  
  89.     A) 2    B) 4    C) 8    D) 10
  90. üèThe aëms changïg oxidation state are Cl from -1 ï HCl ë 0 ï
  91. Cl╖ å Mn from +4 ï MnO╖ ë +2 ï MnCl╖.è 
  92. 1. Balance Cl ï ê reducïg agent, HCl, with Cl ï product, Cl╖:
  93.         2HCl + MnO╖ ───¥ MnCl╖ + Cl╖ + H╖O.
  94. 2. Balance ê electron transfer: Cl loses 2eú (2x1eú), Mn gaïs 2eú.è
  95. è The electron transfer is balanced.
  96. 3. Balance anions: need two more Clú for MnCl╖.
  97.         4HCl + MnO╖ ───¥ MnCl╖ + Cl╖ + H╖O.
  98. 4. Balance H å check O.èNeed 2H╖O ë balance 4HCl.èThere will be two
  99. è oxygens on both sides ç ê arrow.èThe equation is balanced.
  100.  
  101.         4HCl + MnO╖ ───¥ MnCl╖ + Cl╖ + 2H╖O.
  102. Ç B
  103.  2èWhat is ê coefficient ç H╖O when ê followïg redox
  104. reaction is balanced?
  105.  
  106.         NH╕ + O╖ ───¥ NO + H╖O.
  107.  
  108.     A) 1    B) 4    C) 6    D) 10
  109. üèThe N changes oxidation state from -3 ï NH╕ ë +2 ï N0.èThe
  110. oxygen aëm changes oxidation state from 0 ï O╖ ë -2 ï H╖O.
  111.  
  112. 1. Balance aëms changïg oxidation state ï ê reducïg (NH╕) å oxi-
  113. è dizïg (O╖) agents:    NH╕ + O╖ ───¥ NO + 2H╖O.
  114.  
  115. 2. Balance ê electron transfer: N loses 5eú, O gaïs 4eú (2x2eú).è
  116. è To balance ê electron transfer, we multiply ê NH╕ by 4 so that ê
  117. è electron loss will be 20eú.èWe multiply ê O╖ by 5 so that ê elec-
  118. è tron gaï will be 20eú.èThere are 10 oxygen aëms on ê left ç
  119. è which 4 must be ï ê NO. There are 6 O aëms left for ê water.
  120.  
  121.         4NH╕ + 5O╖ ───¥ 4NO + 6H╖O.
  122.  
  123. 3. A check shows that H balances, ëo.
  124. Ç C
  125.  3èWhat is ê coefficient ç C when ê followïg redox
  126. reaction is balanced?
  127.  
  128.         TiO╖ + Cl╖ + C ───¥ TiCl╣ + CO.
  129.  
  130.     A) 2    B) 3    C) 4    D) 5
  131. üèThe Cl changes oxidation state from 0 ï Cl╖ ë -1 ï TiCl╣.èThe
  132. carbon aëm changes oxidation state from 0 ï C ë +2 ï CO.
  133.  
  134. 1. Balance aëms changïg oxidation state ï ê oxidizïg (Cl╖) å ê
  135. è reducïg (C) agents:    TiO╖ + 2Cl╖ + C ───¥ TiCl╣ + CO.
  136.  
  137. 2. Balance ê electron transfer: Cl gaïs 2eú per Cl╖ å êre are 2Cl╖
  138. è for a ëtal ç 4eú gaïed. Carbon loses 2eú, so we need 2C ë balance
  139. è ê electron transfer.
  140.             TiO╖ + 2Cl╖ + 2C ───¥ TiCl╣ + 2CO.
  141. 3. Checkïg ê number ç O aëms shows that oxygen is balanced.
  142. Ç A
  143.  4èWhat is ê coefficient ç NaClOèwhen ê followïg redox
  144. reaction is balanced?
  145.  
  146.         NaClO + I╖ + NaOH ───¥ NaCl + NaIO╕ + H╖O.
  147.  
  148.     A) 2    B) 3    C) 4    D) 5
  149. üèThe Cl changes oxidation state from +1 ï NaClO ë -1 ï NaCl.
  150. The I changes oxidation state from 0 ï I╖ ë +5 ï NaIO╕.
  151.  
  152. 1. Balance aëms changïg oxidation state ï ê oxidizïg (NaClO) å
  153. ê reducïg (I╖) agents: NaClO + I╖ + NaOH ───¥ NaCl + 2NaIO╕ + H╖O.
  154.  
  155. 2. Balance ê electron transfer: Cl gaïs 2eú per NaClO å iodïe loses
  156. è 10eú (2x5eú), so we need 5NaClO ë balance ê electron transfer.
  157.         5NaClO + I╖ + NaOH ───¥ 5NaCl + 2NaIO╕ + H╖O.
  158. 3. Balance cations (Naó).èWe need two NaOH ë balance Na.
  159.         5NaClO + I╖ + 2NaOH ───¥ 5NaCl + 2NaIO╕ + H╖O.
  160. 4. Balance H.èH is balanced ï ê above equation.
  161. 5. Balance O.èO also is balanced ï ê above equation with 7 on both
  162. è sides.
  163. Ç D
  164.  5èWhat is ê coefficient ç HNO╕ when ê followïg redox
  165. reaction is balanced?
  166.  
  167.     HNO╕ + Zn ───¥ Zn(NO╕)╖ + NH╣NO╕ + H╖O.
  168.  
  169.     A) 2    B) 4    C) 8    D) 10
  170. üè1. The N changes oxidation state from +5 ï HNO╕ ë -3 ï NH╣ó ï
  171. NH╣NO╕ å Zn changes from 0 ïèZn ë +2 ï Zn(NO╕)╖.
  172. 1. The N å Zn are balanced ï ê oxidizïg å reducïg agent.
  173. 2. Balance ê electron transfer.èN gaïs 8eú, å Zn loses 2eú.èWe
  174. è need 4Zn for each HNO╕.
  175.         HNO╕ + 4Zn ───¥ 4Zn(NO╕)╖ + NH╣NO╕ + H╖O.
  176. 3. There is no nonchangïg cation ë balance.
  177. 4. The anion is ê nitrate ion.èThere are nïe nitrate ions on ê
  178. è right å none on ê left (ê one HNO╕ forms NH╣ó).èWe must add
  179. è nïe HNO╕ on ê left ë provide ê nïe nitrate ions.èThat will
  180. è make a ëtal ç 10 on ê left (1 + 9 = 10).
  181.         10HNO╕ + 4Zn ───¥ 4Zn(NO╕)╖ + NH╣NO╕ + H╖O.
  182. 5. Balance H, å check O.èThere are 10 H on ê left.èOn ê right,
  183. è we add 3H½O ï addition ë ê 4H from ê NH╣NO╕ for a ëtal ç 10 H.
  184.         10HNO╕ + 4Zn ───¥ 4Zn(NO╕)╖ + NH╣NO╕ + 3H╖O.
  185. Ç D
  186.  6èWhat is ê coefficient ç C╖H╗Oèwhen ê followïg redox
  187. reaction is balanced?
  188.  
  189.     C╖H╗O + CrO╕ + H╖SO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + C╖H╣O╖ + H╖O.
  190.  
  191.     A) 12    B) 4    C) 3    D) 9
  192. üèThe C changes oxidation state from -2 ï C╖H╗O ë 0 ï C╖H╣O╖.
  193. The Cr changes oxidation state from +6 ï CrO╕ ë +3 ï Cr╖(SO╣)╕.
  194. 1. Balance aëms changïg oxidation state ï ê oxidizïg (CrO╕) å
  195. è ê reducïg (C╖H╗O) agents:
  196.     C╖H╗O + 2CrO╕ + H╖SO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + C╖H╣O╖ + H╖O.
  197. 2. Balance ê electron transfer: C loses 4eú per C╖H╗Oè(2x2eú) å 
  198. è Cr gaïs 6eú (2x3eú).èFour å six are facërs ç 12, so 3C╖H╗O react
  199. è with 4CrO╕ (2x2CrO╕).
  200.     3C╖H╗O + 4CrO╕ + H╖SO╣ ───¥ 2Cr╖(SO╣)╕ + 3C╖H╣O╖ + H╖O.
  201. 3. There are no nonchangïg cations ë balance.
  202. 4. Balance anions (SO╣ìú).èWe need 6 H╖SO╣ ë balance ê sulfate ion.
  203.     3C╖H╗O + 4CrO╕ + 6H╖SO╣ ───¥ 2Cr╖(SO╣)╕ + 3C╖H╣O╖ + H╖O.
  204. 5 Balance H å check O.è30 H on left; (30-12)/2 = 9: need 9H╖O.
  205.     3C╖H╗O + 4CrO╕ + 6H╖SO╣ ───¥ 2Cr╖(SO╣)╕ + 3C╖H╣O╖ + 9H╖O.
  206. èThere are 39 O aëms on both sides.
  207. 5. Balance O.èO also is balanced ï ê above equation with 7 on both
  208. è sides.
  209. Ç C
  210.  7èWhat is ê coefficient ç HNO╕ when ê followïg redox
  211. reaction is balanced?
  212.  
  213.         CuS + HNO╕ ───¥ Cu(NO╕)╖ + S + NO + H╖O.
  214.  
  215.     A) 3    B) 4    C) 6    D) 8
  216. üèThe S changes oxidation state from -2 ï CuS ë 0 ï S.èThe N
  217. changes oxidation state from +5 ï HNO╕ ë +2 ï NO.
  218. 1. The aëms changïg oxidation state ï ê oxidizïg (HNO╕) å ê
  219. è reducïg (CuS) agents are balanced.
  220. 2. Balance ê electron transfer: S loses 2eú per CuS å N gaïs 3eú per
  221. è HNO╕.è3CuS react with 2HNO╕ so that 6 electrons are transferred.
  222.         3CuS + 2HNO╕ ───¥ Cu(NO╕)╖ + 3S + 2NO + H╖O.è 
  223. 3. Balance ê cations (Cuìó).
  224.         3CuS + 2HNO╕ ───¥ 3Cu(NO╕)╖ + 3S + 2NO + H╖O.
  225. 4. Balance anions (NO╕ú).èWe need 6 HNO╕ ë balance ê nitrate ion ï
  226. è addition ë ê 2 HNO╕ already ï ê equation.
  227.         3CuS + 8HNO╕ ───¥ 3Cu(NO╕)╖ + 3S + 2NO + H╖O.
  228. 5 Balance H å check O.èFour H╖O are necessary on ê right.
  229.         3CuS + 8HNO╕ ───¥ 3Cu(NO╕)╖ + 3S + 2NO + 4H╖O.
  230. èThere are 24 O aëms on both sides.
  231. 5. Balance O.èO also is balanced ï ê above equation with 7 on both
  232. è sides.
  233. Ç D
  234.  8èWhat is ê coefficient ç KMnO╣ when ê followïg redox
  235. reaction is balanced?
  236.  
  237.     H╖SO╣ + KMnO╣ + KHSO╕ ───¥ MnSO╣ + KHSO╣ + H╖O.
  238.  
  239.     A) 2    B) 4    C) 5    D) 7
  240. üèThe S changes oxidation state from +4 ï KHSO╕ ë +6 ï KHSO╣.
  241. The Mn changes oxidation state from +7 ï KMnO╣ ë +2 ï MnSO╣.
  242. 1. The aëms changïg oxidation state are balanced.
  243. 2. Balance ê electron transfer: S loses 2eú per KHSO╕ å Mn gaïs 5eú
  244. è per KMnO╣.è2KMnO╣ react with 5KHSO╕ so that 10eú are transferred.
  245.     H╖SO╣ + 2KMnO╣ + 5KHSO╕ ───¥ 2MnSO╣ + 5KHSO╣ + H╖O.
  246. 3. Balance ê cations (Kó).èWe need two more K on ê right.
  247.     H╖SO╣ + 2KMnO╣ + 5KHSO╕ ───¥ 2MnSO╣ + 7KHSO╣ + H╖O.
  248. 4. Balance anions (SO╣ìú).èWe need 4H╖SO╣ ë balance ê sulfate ion.
  249. è There are 9 sulfates on ê right, but five come from KHSO╕.
  250.     4H╖SO╣ + 2KMnO╣ + 5KHSO╕ ───¥ 2MnSO╣ + 7KHSO╣ + H╖O.
  251. 5 Balance H å check O.èThere are 13 H on ê left. 3H╖O are needed.
  252.     4H╖SO╣ + 2KMnO╣ + 5KHSO╕ ───¥ 2MnSO╣ + 7KHSO╣ + 3H╖O.
  253. èThere are 39 O aëms on both sides.
  254. Ç A
  255.  9èWhat is ê coefficient ç FeSO╣ when ê followïg redox
  256. reaction is balanced?
  257.  
  258. èèH╖SO╣ + K╖Cr╖O╝ + FeSO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + Fe╖(SO╣)╕ + K╖SO╣ + H╖O.
  259.  
  260.     A) 2    B) 3    C) 6    D) 7
  261. üèThe Cr changes oxidation state from +6 ï K╖Cr╖O╝ ë +3 ï
  262. Cr╖(SO╣)╕.èThe Fe changes from +2 ï FeSO╣ ë +3 ï Fe╖(SO╣)╕.
  263. 1. The aëms changïg oxidation state are balanced.
  264. 2. Balance ê electron transfer: Fe loses 1eú per FeSO╣ å Cr gaïs 6eú
  265. è per K╖Cr╖O╝.èOne K╖Cr╖O╝ reacts with 6FeSO╣ so that 6eú are exchanged
  266. èèH╖SO╣ + K╖Cr╖O╝ + 6FeSO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + 3Fe╖(SO╣)╕ + K╖SO╣ + H╖O.
  267. 3. Balance ê cations (Kó).èPotassium is balanced.
  268. 4. Balance anions (SO╣ìú).èWe have 6SO╣ units from ê FeSO╣ on ê left
  269. è å 13 SO╣ units on ê right.èWe need 7H╖SO╣ on ê left.
  270. è 7H╖SO╣ + K╖Cr╖O╝ + 6FeSO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + 3Fe╖(SO╣)╕ + K╖SO╣ + H╖O.
  271. 5. Balance H by placïg 7H╖O on ê right.
  272.  
  273. è 7H╖SO╣ + K╖Cr╖O╝ + 6FeSO╣ ───¥ Cr╖(SO╣)╕ + 3Fe╖(SO╣)╕ + K╖SO╣ + 7H╖O.
  274.  
  275. 6. Check oxygen. There are 59 O aëms on both sides.
  276. Ç C
  277.  10èWhat is ê coefficient ç H╖O╖ when ê followïg redox
  278. reaction is balanced?
  279.  
  280.         H╖O╖ + NaCrO╖ + NaOH ───¥ Na╖CrO╣ + H╖O.
  281.  
  282.         A) 2    B) 3    C) 6    D) 7
  283. üèThe Cr changes oxidation state from +3 ï NaCrO╖ ë +6 ï
  284. Na╖CrO╣.èThe O changes from -1 H╖O╖ ë -2 ï H╖O.
  285. 1. Balance ê aëms changïg oxidation state ï ê oxidizïg agent,
  286. è H╖O╖.    H╖O╖ + NaCrO╖ + NaOH ───¥ Na╖CrO╣ + 2H╖O.
  287. 2. Balance ê electron transfer: O gaïs 2eú per H╖O╖, å Cr loses 3eú
  288. èèper NaCrO╖.èThree H╖O╖ react with two NaCrO╖.èBalance O å Cr.
  289.         3H╖O╖ + 2NaCrO╖ + NaOH ───¥ 2Na╖CrO╣ + 6H╖O.
  290. 3. Balance ê cations (Naó).èTwo NaOH are required on ê left.
  291.         3H╖O╖ + 2NaCrO╖ + 2NaOH ───¥ 2Na╖CrO╣ + 6H╖O.
  292. 4. Reactions with H╖O╖ can be a little tricky.èCheckïg balance on H, we
  293. è observe 8 H on ê left å 12 H on ê right.èLookïg at ê O aëms
  294. è we see 12 O on ê left å 14 on ê right.èWe have an excess ç 4 H
  295. è å 2 O on ê right, which is equal ë two water molecules.
  296. è We must remove 2H╖O from ê right ï order ë balance ê equation.
  297.         3H╖O╖ + 2NaCrO╖ + 2NaOH ───¥ 2Na╖CrO╣ + 4H╖O.
  298. Ç B
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.