home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Educational Software Cooperative 4 / Educational Software Cooperative 4.iso / truemd23 / nwchem1.iqf < prev    next >
Text File  |  1995-12-19  |  11KB  |  404 lines

  1. Balancing oxidation-reduction reactions by the half-reaction method
  2. R. Hart, 27 July 1993
  3. Based on studies of students sketching and verbalizing their thinking.  Ref: Chemistry, 3rd Ed, Steven S. Zumdhal, Heath & Company, 1993, 1210 pages.
  4. I can visualize an atom as a dense central area surrounded by a cloud of orbiting sub-atomic particles.  The central area I will call: 
  5.  
  6. the nucleus
  7.  
  8. a proton
  9. a neutron
  10. an electron
  11.  
  12. The particles orbiting the nucleus of an atom I will call: 
  13.  
  14. electrons
  15.  
  16. protons
  17. neutrons
  18. nuclei
  19.  
  20. I can imagine the electron cloud organized into restricted regions in which the electrons orbit the nucleus.  I will call each of these regions a(n): 
  21.  
  22. subshell
  23.  
  24. orbital
  25. valence
  26.  
  27.  
  28. The electrons in the outermost subshell of an atom determine an atom's capacity to react or unite (the number of bonds it can make) with other atoms.  I will call these electrons: 
  29.  
  30. valence electrons
  31.  
  32. core electrons
  33. covalent electrons
  34. ionic electrons
  35.  
  36. I can imagine the "Lewis structure" of molecules by seeing the symbol for each atom surrounded by dots for the: 
  37.  
  38. valence electrons
  39.  
  40. bonding electrons
  41. core electrons
  42. electron cloud
  43.  
  44. I can imagine the structural formula for a molecule by seeing the symbol for each atom connected with a line for each (  ) pair of electrons. 
  45.  
  46. bonding
  47.  
  48. valence
  49. core
  50. lone
  51.  
  52. I will call bonds holding atoms together in a molecule formed by shared electrons: 
  53.  
  54. covalent bonds
  55.  
  56. ionic bonds
  57. polar-covalent bonds
  58. chemical bonds
  59.  
  60. I will call the simplest method of representing a molecule with symbols for the included elements a: 
  61.  
  62. chemical formula
  63.  
  64. structural formula
  65. Lewis structure
  66. chemical equation
  67.  
  68. I will call an atom that has a positive or a negative charge (from the loss or gain of an electron): 
  69.  
  70. an ion
  71.  
  72. a cation
  73. an anion
  74. a salt
  75. an ionic solid
  76. The reorganization of the atoms in a molecule I will call: 
  77.  
  78. a chemical reaction
  79.  
  80. a chemical equation
  81. a chemcial formula
  82. a half-reaction
  83.  
  84. I can imagine a chemical equation with formulas for the reactants on the left and the (  ) on the right. 
  85.  
  86. products
  87.  
  88. oxidants
  89. spectator ions
  90. solvent
  91.  
  92. I know that a chemical equation is not balanced if: 
  93.  
  94. the number of atoms on each side are different
  95.  
  96. the number of atoms on each side are the same
  97. the number of molecules on each side are different
  98. the number of molecules on each side are the same
  99.  
  100. The relative number of reactant and product molecules is given by numbers I will call: 
  101.  
  102. coefficients
  103.  
  104. subscripts
  105. atomic numbers
  106. molecular numbers
  107. nuclear numbers
  108. Before balancing I will describe the reaction with: 
  109.  
  110. a net ionic equation
  111.  
  112. a molecular equation
  113. a complete ionic equation
  114. spectator ions included
  115.  
  116. A chemical reaction in which one or more valence electrons are transferred I will call: 
  117.  
  118. an oxidation-reduction reaction
  119. a redox reaction
  120. an acid-base reaction
  121. a precipitation reaction
  122.  
  123.  
  124. The number of negatively charged valence electrons an atom has lost or obtained, I will call its: 
  125.  
  126. oxidation state
  127. oxidation number
  128. subscript
  129. coefficient
  130.  
  131.  
  132. An increase in oxidation state by the removal of electrons I will call: 
  133.  
  134. oxidation
  135.  
  136. reduction
  137. ionization
  138. dissolving
  139.  
  140. The atom that obtains or is assigned a new electron I will call the: 
  141.  
  142. electron acceptor
  143.  
  144. reducing agent
  145. electron donor
  146.  
  147.  
  148. The whole compound or molecule that losses an electron I will call the: 
  149.  
  150. reducing agent
  151.  
  152. oxidizing agent
  153. electron acceptor
  154.  
  155.  
  156. When two net ionic equations are written for a reaction, one for oxidation and one for reduction, I will call them: 
  157.  
  158. half-reactions
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164. Water is a covalent molecule: H2O.  The oxidation state of oxygen is given as: (The 2 in H2O is generally written as a subscript). 
  165.  
  166. -2
  167.  
  168. 2-
  169. -1
  170. +2
  171. 1+
  172. Water is a covalent molecule: H20.  The oxidation state of hydrogen is given as: 
  173.  
  174. +1
  175.  
  176. 1+
  177. -1
  178. 1-
  179. +2
  180. Ba(ClO4)2 + H2SO4  --->  (Step 1) will result in the following before any reaction: 
  181.  
  182. Ba++  +  ClO4--  +  H+  +  SO4--
  183.  
  184. 2 BaClO4  +  2 HSO2
  185. Ba  +  ClO4  +  H  +  SO4
  186. 2 BaClO4  +  H++  + 2 SO4-
  187.  
  188. Ba(ClO4)2  +  H2SO4  --->  (Step 2) will yield the possible products of: 
  189.  
  190. HCl04  + BaSO4(s)
  191.  
  192. Ba++  +  ClO4  +  H+  +  SO4--
  193. BaH2  +  (ClO4)SO4
  194.  
  195.  
  196. Ba(ClO4)2  +  H2SO4  --->  2 HClO4 + BaSO4(s) (Step 3) is a(n) (  ) type of reaction because: 
  197.  
  198. precipitation, a solid was formed
  199.  
  200. acid-base, a strong acid was used
  201. oxidation-reduction, electrons were transferred from one molecule to another by the cations
  202. complex, a solid was formed and a strong acid was used
  203.  
  204. KMnO4  + FeCl2  --->  (Step 1) will result in the following in solution before any reaction: 
  205.  
  206. K+  +  MnO4-  +  Fe++  +  Cl-
  207.  
  208. K+  +  MnO4-  +  Fe++  +  Cl--
  209. K+  +  Mn++  +  O--  +  Fe++  +  Cl-
  210.  
  211.  
  212. KMnO4  +  FeCl2  --->  (Step 2) will result in these ions after reaction:  Fe++  +  MnO4-  --->  Fe+  +  Mn++.  This is a(n) (  ) type of reaction because: 
  213.  
  214. oxidation-reduction, electrons were transferred from one ion to another
  215.  
  216. precipitation, as 4 atoms of oxygen (2 molecules of oxygen) were released from each permanganate ion
  217. acid-base, as this reaction takes place in an acid solution.
  218.  
  219.  
  220. In the half-reaction Fe++  --->  Fe+++  +  e-  iron: 
  221.  
  222. is oxidized
  223.  
  224. is reduced
  225. is the oxidizing agent
  226. gains one electron
  227.  
  228. In the half-reaction MnO4- + 5e- + 8H+ --> Mn++ + H2O the permangante ion: 
  229.  
  230. is the oxidizing agent
  231.  
  232. is oxidized
  233. is the reducing agent
  234. losses two electrons and four oxygen atoms
  235.  
  236. To balance the reaction, Fe++ + MnO4- --> Fe+++ + Mn++, using half-reactions (Step 3) in which each oxidation releases one electron and each reduction gains five electrons, I will: 
  237.  
  238. multiply the oxidation by five
  239.  
  240. divide the reduction by five
  241. multiply the reduction by five
  242.  
  243.  
  244. In the reaction Fe++ + MnO4-  --> Fe+++ + Mn++ the oxidation states of iron and Mn++ are easy to see.  The reactant oxidation state of Mn:  
  245.  
  246. can be found to be +7 working with oxygen as -2
  247.  
  248. can be found to be +8 since each oxygen is -2
  249. is +1 since 2 molecules of oxygen are released
  250. is -1 since 2 molecules of oxygen are released
  251.  
  252. Each half-reaction must be balanced for the number of atoms and charges among the reactants and products.  In an acid solution H+ and H20 can be added as needed.  This can be done by: 
  253.  
  254. the process of inspection (trial and error) balancing the atoms in the most complicated molecule first
  255. consulting a table of standard reduction potentials for half-reactions
  256. the process of inspection (trail and error) balancing the atoms in the simplest molecule first
  257. consulting the IUPAC periodic table
  258.  
  259.  
  260. I can work out oxidation states by remembering: 
  261.  
  262. H20 and HONC (1,2,3,4)
  263. the number of valence electrons for the elements in the second period of the periodic table
  264. the oxidation states of the noble gases
  265. all the common cations and anions
  266. all the common polyatomic ions
  267. compounds must be electrically charged in solution
  268. I can work out the molecules in a reaction: 
  269.  
  270. by sketching all the ions in the solution
  271.  
  272. by writing down all the compounds
  273. by writing half-reactions
  274.  
  275.  
  276. I can balance a redox reaction with all species identified using the following steps (1. Add half-reactions and cancel identical species, 2. Balance each half-reaction, 3. Check that elements and charges are balanced, 4. Equalize electrons transferred, 5. Write separate oxidation and reduction reactions) in the order: 
  277.  
  278. 5, 2, 4, 1, 3
  279.  
  280. 5, 3, 2, 1, 4
  281. 3, 2, 1, 4, 5
  282. 1, 2, 3, 4, 5
  283.  
  284. I can balance elements and charges in each half-reaction with all species identified in an acid solution (1. all elements except hydrogen and oxygen, 2. charges, 3. hydrogen with the hydrogen ion, 4. oxygen with water ) in the order: 
  285.  
  286. 1, 4, 3, 2
  287.  
  288. 3, 1, 4, 2
  289. 3, 2, 1, 4
  290. 1, 2, 3, 4
  291.  
  292. I can balance elements and charges in each half-reaction with all species identified in a basic solution (1. all elements except hydrogen and oxygen, 2. cancel water on each side of equation, 3. charges, 4. hydrogen with hydrogen ions, 5. hydrogen ions with hydroxide ions, 6. oxygen with water) in the order: 
  293.  
  294. 1, 6, 4, 3, 5, 2
  295.  
  296. 5, 2, 4, 6, 3, 1
  297. 5, 1, 2, 6, 3, 4
  298. 1, 2, 3, 4, 5, 6
  299.  
  300. I can demonstrate (measure) the flow of electrons from the reducing agent to the oxidizing agent: 
  301.  
  302. with a galvanic cell
  303.  
  304. across a salt bridge or porous disk
  305. with platinum electrodes
  306.  
  307.  
  308. I can measure the driving force on the electrons moving from the reducing agent to the oxidizing agent in the cell.  This force I can call: 
  309.  
  310. the cell potential
  311. the electromotive force
  312. a joule
  313. a volt
  314. a coulomb
  315.  
  316. The electrode in the reducing agent compartment I will call: 
  317.  
  318. the anode
  319.  
  320. the cathode
  321.  
  322.  
  323.  
  324. The standard reduction potential for the half-reaction, Fe+++ + e- ---> Fe++ is +0.77 V.  To use this in the reducing agent compartment, I must: 
  325.  
  326. change the sign on +0.77 V to -0.77 V
  327. reverse the half-reaction
  328. add the +0.77 V to the oxidizing agent potential
  329. subtract the +0.77 V from the oxidizing agent potential
  330.  
  331.  
  332. To set up the reducing agent compartment, I can add: 
  333.  
  334. FeCl2 and FeCl3 to get 1 M Fe++ and 1 M Fe+++
  335.  
  336. 1 M FeCl2
  337. 1 M FeCl3
  338. 1 M FeCl2 and 1 M FeCl3 to get 1 M Fe++ and I M Fe+++
  339.  
  340. The standard reduction potential for the half-reaction, MnO4- + 5e- + 8H- --> Mn++ + 4H2O, is 1.51.  That for Fe+++ + e- --> Fe++ is 0.77.  The resulting cell potential I can expect is: 
  341.  
  342. +0.74 V
  343.  
  344. +2.27 V
  345. -2.27 V
  346. -0.74 V
  347.  
  348. To set up the oxidizing agent compartment, I can add: 
  349.  
  350. KMnO4 and MnCl2 to get 1 M MnO4- and 1 M Mn++
  351.  
  352. 1 M KMnO4
  353. 1 M MnCl2
  354. 1 M MnSO4
  355. 1 M KMnO4 and 1 M MnCl2 to get 1 M MnO4- and 1 M Mn++
  356. The reaction MnO4- + Fe++ --> Mn++ + Fe+++, in a galvanic cell will occur as: 
  357.  
  358. an oxidation of Fe++ at the anode
  359. a reduction of Mn+7 at the cathode
  360. an oxidation of Fe+++ at the anode
  361. an oxidation of Fe++ at the cathode
  362. a reduction of MnO4- at the cathode
  363.  
  364. For the reaction, MnO4- + Fe++ --> Mn++ + Fe+++, I must use (  ) electrode(s) in the galvanic cell. 
  365.  
  366. platinum
  367.  
  368. one iron and one platinum
  369. iron
  370. one iron and one manganese
  371.  
  372. The standard reduction potential for the half-reaction, MnO4- + 5e- + 8H+ --> Mn++ + 4H20, is 1.51 V.  I can expect this potential in: 
  373.  
  374. an acid solution
  375.  
  376. a basic solution
  377. a neutral solution
  378. a wide range of pH from acid to basic
  379.  
  380. In the chemical formula, MnCl2, the 2 is: 
  381.  
  382. generally written as a subscript for 2 Cl
  383.  
  384. a coefficient for two MnCl molecules
  385. generally written as a superscript for two charges on the molecule
  386.  
  387.  
  388. In the half-reaction, MnO4- + 5e- + 8H+ --> Mn++ + H20, the 8 is: 
  389.  
  390. a coefficient indicating the number of H+ relative to the other species
  391.  
  392. a subscript for 8 H+ in the solution
  393. a superscript for 8 charges in the solution
  394.  
  395.  
  396. In the half-reaction, MnO4- + 5e- + 8H+ --> Mn++ + H2O, the 4- is: 
  397.  
  398. a subscript of 4 oxygens per Mn and a net negative charge of one
  399.  
  400. a superscript for four negative charges on the ion
  401. an exponent of four MnO with a net negative charge of one
  402. the oxidation number of four for oxygen
  403. a charge of four on the ion
  404.