Vyčíslování chemických rovnic ROVNICE BEZE ZMĚNY OXIDAČNÍHO ČÍSLA (NEREDOXNÍ ROVNICE) Neredoxní rovnice jsou rovnice chemických reakcí, při kterých nedochází ke změně oxidačního čísla žádného z atomů. Na zjišťování stechiometrických koeficientů v rovnicích neredoxních reakcí neexistuje žádný jednoduchý a zároveň univerzální algoritmus. • Na začátku najdeme v chemické rovnici látku (reaktant nebo produkt), jejíž vzorec má největší stechiometrické indexy (resp. obsahuje největší počet atomů). Stechiometrický koeficient této látky budeme považovat za jednotkový. • • Potom přidáme koeficienty před látky, které obsahují stejné atomy jako látka s přiděleným jednotkovým koeficientem (podle bilance počtu atomů, případně podle bilance nábojových čísel). • • Postupně přidáváme koeficienty před látky, které ještě nemají přirazené koeficienty na základe počtu atomů v látkách, které už koeficienty mají (opět pomocí bilance počtu atomů, případně podle bilance nábojových čísel). • • Jako předposlední zjišťujeme počty atomů vodíku a podle potřeby doplníme stechiometrické koeficienty. • • Jako poslední zjistíme počty atomů kyslíku na obou stranách rovnice. Tento krok obvykle slouží ke kontrole již získaných koeficientů. a) Na levé straně rovnice se Cl a H vyskytují dvakrát. Podle zákona zachování počtu atomů se musí stejný počet atomů nacházet i na pravé straně, proto napíšeme před HCl číslo 2. Výsledná rovnice: Určete stechiometrické koeficienty rovnic: b) Na pravé straně rovnice se Cl nachází dvakrát, ale na levé straně jen jedenkrát. Proto napíšeme před HCl číslo 2. Počet ostatních prvků je stejný na obou stranách. Určete stechiometrické koeficienty rovnice: P4O10 + H2O → H3PO4 Oxidační čísla všech atomů se nemění, rovnice není redoxní. Nejprve vyhledáme molekulu, v jejímž vzorci jsou nejvyšší hodnoty stechiometrických indexů (tj. obsahuje největší počet atomů). V tomto případě je to P4O10. Na pravé straně rovnice jsou 4 atomy P, proto před H3PO4 bude koeficient 4: P4O10 + H2O → 4H3PO4 Jedinou látkou, která nemá určený stechiometrický koeficient, je voda. Pokud je na pravé straně 12 atomů H a na levé straně se H nachází jen v H2O, před molekulou H2O bude koeficient 6, čím získáme na obou stranách rovnice stejný počet atomů H: P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 Správnost stechiometrických koeficientů ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (16 = 16). Zjistěte stechiometrické koeficienty v této rovnici: K2SO4 + Cr2O3 + H2SO4 + H2O → KCr(SO4)2 • 12 H2O Oxidační čísla všech atomů se nemění, rovnice není redoxní. Nejprve vyhledáme molekulu, v jejímž vzorci jsou nejvyšší hodnoty stechiometrických indexů (tj. obsahuje největší počet atomů). V tomto případě je to KCr(SO4)2 • 12 H2O. Předpokládejme, že jeho stechiometrický koeficient má hodnotu 1. Na pravé straně rovnice tak bude jeden atom K. Na její levé straně jsou však v reaktantu K2SO4 vázané 2 atomy K. Podobná situace je i u atomů Cr. Proto musíme svůj předpoklad změnit – předpokládejme nyní, že stechiometrický koeficient produktu bude 2. Potom na levé straně rovnice budou 2 atomy K a 2 atomy Cr, takže K2SO4 a Cr2O3 budou mít koeficient 1 . Na pravé straně jsou 4 atomy S (resp. 4 anionty SO42–), na levé straně obsahují S dva reaktanty: K2SO4 a H2SO4. Jelikož je již před K2SO4 koeficient 1 a tato látka obsahuje jeden atom S, před H2SO4 dáme koeficient 3: K2SO4 + Cr2O3 + H2SO4 + H2O → 2 KCr(SO4)2 • 12 H2O K2SO4 + Cr2O3 + 3 H2SO4 + H2O → 2 KCr(SO4)2 • 12 H2O Zůstal jediný reaktant – H2O. Na pravé straně je 2 • 12 • 2 = 48 atomů H. Na levé straně obsahují H dva reaktanty – H2SO4 a H2O. Jelikož H2SO4 už má již koeficient přidělený, z rozdílu mezi požadovaným počtem atomů H a počtem atomů H vázaných v 3 H2SO4 (6) lze zjistit, kolik atomů H musí přinášet H2O: 48 – 6 = 42. Tolik atomů H obsahuje 21 molekul H2O, proto před H2O dáme koeficient 21. Správnost stechiometrických koeficientů ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (40 = 40). Jelikož získané stechiometrické koeficienty (1, 1, 3, 21 = 2) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, vyčíslování rovnice je ukončeno. K2SO4 + Cr2O3 + 3 H2SO4 + 21 H2O → 2 KCr(SO4)2 • 12 H2O Určete stechiometrické koeficienty rovnice: V2O5 + HF + KOH + H2O2 + → K3[V2O2(O2)3F3] • HF • 2 H2O + H2O Oxidační čísla všech atomů se nemění, rovnice není redoxní. Nejprve vyhledáme molekulu, v jejímž vzorci jsou nejvyšší hodnoty stechiometrických indexů (tj. obsahuje největší počet atomů). V tomto případě je to K3[V2O2(O2)3F3] • HF • 2 H2O. Předpokládejme, že její stechiometrický koeficient je 1. Vzhledem k této skutečnosti přiřadíme stechiometrické koeficienty i reaktantům. V produktu jsou 2 atomy V, proto před V2O5 nebude žádný koeficient (t. j. bude tam koeficient 1). Zároveň máme na pravé straně 3 atomy K a 4 atomy F, proto bude před KOH koeficient 3 a před HF koeficient 4: Na pravé straně jsou 3 peroxidoligandy (t. j. (O2)3), proto bude před H2O2 koeficient 3. V2O5 + 4 HF + 3 KOH + H2O2 → K3[V2O2(O2)3F3] • HF • 2 H2O + H2O Stechiometrický koeficient pro H2O získáme spočtením atomů H v reaktantech (4 + 3 + 6 = 13) a od získaného součtu odečteme počet atomů H v prvním produktu (5). Výsledek (13 – 5 = 8) představuje počet atomů H vázaných v H2O . Před H2O tedy bude koeficient 4. V2O5 + 4 HF + 3 KOH + 3 H2O2 → K3[V2O2(O2)3F3] • HF • 2 H2O + H2O V2O5 + 4 HF + 3 KOH + 3 H2O2 → K3[V2O2(O2)3F3] • HF • 2 H2O + 4 H2O Správnost stechiometrických koeficientů ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (14 = 14). Jelikož získané stechiometrické koeficienty (1, 4, 3, 3 = 1, 4) už nemají kromě čísla 1 žádného společného dělitele, vyčíslovaní rovnice je ukončeno. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: H3PO4 + CaCO3 → Ca3(PO4)2 + CO2 + H2O Oxidační čísla všech atomů se nemění, rovnice není redoxní. Nejprve vyhledáme molekulu, v jejímž vzorci jsou nejvyšší hodnoty stechiometrických indexů (tj. obsahuje největší počet atomů). V tomto případě to je Ca3(PO4)2 (jeden z produktů). Předpokládejme, že její stechiometrický koeficient má hodnotu 1 a vzhledem k této skutečnosti přiřadíme stechiometrické koeficienty i reaktantům. Na pravé straně rovnice máme 3 atomy Ca a 2 atomy P, proto před CaCO3 dáme koeficient 3 a před H3PO4 koeficient 2: Zbývajícím produktům dáme stechiometrické koeficienty na základě počtu atomů C (pro CO2) a vodíku (pro H2O). Na levé straně jsou 3 atomy C, proto na pravé straně bude před CO2 koeficient 3. Na levé straně rovnice je 6 atomů H, proto před H2O dáme koeficient 3. Správnost koeficientů ověříme spočtením atomů O na obou stranách rovnice (17 = 17). Jelikož získané stechiometrické koeficienty (2, 3 = 1, 3, 3) nemají kromě čísla 1 žádného společného dělitele, vyčíslování chemické rovnice je ukončeno. 2 H3PO4 + 3 CaCO3 → Ca3(PO4)2 + CO2 + H2O 2 H3PO4 + 3 CaCO3 → Ca3(PO4)2 + 3 CO2 + 3 H2O i) 1,1,1,1 h) 1,3,1,3 a) 1,1,1,1 b) 1,3,2 c) 2,3,1,6 d) 1,6,2,3 e) 2,1,1,1 f) 1,2,1,2,2 g) 1,1,1,1 h) 1,1,1,1 a) 4,1,4,2 b) 1,3,2 c) 1,6,2,3 d) 1,1,1,1 e) 1,4,1,2 f) 2,1,1,1,1 g) 1,2,2,1 h) 2,1,1,1 a) 1,3,3,2 b) 1,6,2,3 c) 2,2,5,1,2,14 d) 1,1,1,1,1,1 e) 3,2,1,6 f) 1,6,2,3 g) 2,1,1,2 Oxidační číslo Oxidační číslo prvku ve sloučenině je výslednému náboji (skutečnému nebo myšlenému), který by daný atom získal při úplné polarizaci všech svých vazeb. Jde o formální pojem, často neodpovídá skutečné elektronové konfiguraci v molekule. píše se římskou číslicí, vpravo nahoře od značky prvku. !! Součet oxidačních čísel všech atomů v elektroneutrální molekule je roven nule. !! Součet oxidačních čísel všech atomů v iontu je roven jeho náboji. Volný atom má oxidační číslo nula. SouvisejÃcà obrázek Maximální oxidační číslo je u nekovů rovno číslu skupiny. Minimální oxidační číslo je u nekovů rovno číslu skupiny - 8. See the source image N tepl164 See the source image See the source image OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ (REDOXNÍ) ROVNICE • Zjistíme oxidační čísla všech atomů v rovnici. • • Napíšeme parciální chemické rovnice pro oxidaci a redukci. • • Matematicky je upravíme tak, aby bylo zachované pravidlo bilance počtu elektronů. • • Obě parciální chemické rovnice sečteme a upravíme, přičemž získáme zkrácenou redoxní rovnici (SRR). • • Získané počty atomů zohledníme v chemické rovnici pomocí stechiometrických koeficientů. • • Na základě bilance počtu atomů přiřadíme stechiometrické koeficienty látkám obsahujícím atomy, které nezměnily oxidační číslo. • • Pokud máme iontovou redoxní rovnici, na zjištění stechiometrických koeficientů využijeme bilanci nábojových čísel. EduMission: Chemistry Form 5: Chapter 3 - Redox Reaction Při řešení redoxních rovnic dodržujeme obecná pravidla na výpočet stechiometrických koeficientů používáme následující postup: 1) 2) 3) Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: Cr + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + H2 Vypočítáme oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů Cr a H: Cr0 + HI2SVIO–II4 →CrIII2(SVIO–II4)3 + H02 Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Cr0 – 3e– → CrIII (oxidace) HI + 1e– → H0 (redukce) Jelikož počet přijatých a odevzdaných elektronů musí být stejný, druhou parciální chemickou rovnici vynásobíme třemi, aby se počet přijatých a odevzdaných elektronů rovnal: Cr0 – 3e– → CrIII 3HI + 3e– → 3H0 Obě parciální chemické rovnice sečteme a upravíme: Cr0 – 3e– → CrIII 3HI + 3e– → 3H0 Cr0 – 3e– + 3HI + 3e–→CrIII + 3H0 Po úpravě: Cr0 + 3HI → CrIII + 3H0 Tato chemická rovnice je zkrácenou formou původní redoxní rovnice a vyjadřuje podstatu redoxního chemického děje (SRR). Číselné hodnoty, které jsme dostali, nejsou stechiometrické koeficienty, ale vyjadřují počty atomů, které musí být na levé a pravé straně rovnice. Jestliže na levé straně rovnice jsou 3 atomy H, před vzorec H2SO4 bychom museli dát zlomek. Stejný problém je s H i na pravé straně rovnice. Proto SRR vynásobíme dvěma: 2Cr0 + 6HI → 2CrIII + 6H0 Na levé straně rovnice jsou 2 atomy Cr, proto před Cr bude koeficient 2. Na pravé straně rovnice mají být rovněž 2 atomy Cr, ale ty jsou již zabezpečené stechiometrickým indexem 2 ve vzorci Cr2(SO4)2, takže tato látka bude mít koeficient 1: 2Cr + 3 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 H2 Určete stechiometrické koeficienty v rovnici : Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P4 + CaSiO3 + CO Vypočítáme oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů P a C: CaII3(PVO–II4)2 + SiIVO–II2 + C0 → P04 + CaIISiIVO–II3 + CIIO–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: C0 – 2e– → CII (oxidace) PV + 5e– → P0 (redukce) Jelikož počet přijatých a odevzdaných elektronů musí byť stejný, první parciální chemickou rovnici vynásobíme 5, druhou parciální chemickou rovnici vynásobíme 2: 5C0 – 10e– → 5CII 2PV + 10e– → 2P0 Počet přijatých a odevzdaných elektronů je stejný. Aby se počet přijatých a odevzdaných elektronů rovnal, obě parciální chemické rovnice sečteme a dostaneme SRR: 5C0 – 10e– → 5CII 2PV + 10e– → 2P0 5C0 – 10e– + 2PV + 10e– → 5CII + 2P0 po úpravě: 5C0 + 2PV → 5CII + 2P0 Na pravé straně rovnice jsou podle SRR 2 atomy P s oxidačním číslem 0. Ten je však tvořen čtyřatomovými molekulami, takže stechiometrický koeficient by měl zlomkovou hodnotu. Proto SRR vynásobíme číslem 2: 10C0 + 4PV → 10CII + 4P0 Na pravé straně rovnice jsou potřebné 4 atomy P už zabezpečeny stechiometrickým indexem 4 ve vzorci P4, takže tato látka bude mít koeficient 1: 2Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P4 + CaSiO3 + CO Na obou stranách rovnice by mělo být 10 atomů C. Proto před C dáme koeficient 10 a stejně i před vzorec CO: 2Ca3(PO4)2 + SiO2 + 10C → P4 + CaSiO3 + 10CO Ještě chybí koeficienty před SiO2 a CaSiO3. Na levé straně rovnice je 6 atomů Ca, proto před CaSiO3 dáme koeficient 6. To ale znamená, že i na levé straně rovnice musí být 6 atomů Si, proto před SiO2 dáme koeficient 6. 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → P4 + 6CaSiO3 + 10CO Řešení ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (28 = 28). Jelikož získané stechiometrické koeficienty (2, 6, 10 = 1, 6, 10) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, vyčíslování rovnice je ukončeno. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Vypočítame oxidační čísla všech atomů. Zjistíme, že se mění oxidační čísla atomů Cu a N: Cu0 + HINVO–II3 → CuII(NVO–II3)2 + NIVO–II2 + HI2O–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Cu0 – 2e– → CuII (oxidace) NV + e– → NIV (redukce) Obě parciální chemické rovnice sečteme: Cu0 – 2e– → CuII 2NV + 2e– → 2NIV Cu0 – 2e– + 2NV + 2e– → CuII +2NIV a po úpravě získáme SRR: Cu0 + 2NV → CuII +2NIV Na obou stranách rovnice by měl být jeden atom Cu, koeficient před Cu a Cu(NO3)2 bude 1. Na pravé straně rovnice by měly být 2 atomy N s oxidačním číslem IV, proto před NO2 dáme koeficient 2: Na levé straně rovnice by měly být 2 atomy N s oxidačním číslem V, ale před HNO3 nelze dát koeficient 2, protože ne všechny atomy N se účastnily redoxního procesu. Na pravé straně rovnice máme i atomy N s nezměněným oxidačním číslem – v Cu(NO3)2. Proto před HNO3 musíme dát stechiometrický koeficient, který bude větší než ten, který vyplynul z řešení parciálních chemických reakcí. Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Tento koeficient tudíž musí zohlednit redoxní i neredoxní proces. Před Cu(NO3)2 už máme koeficient 1, z toho vyplývá, že jsou v něm vázané 2 atomy N s oxidačním číslem V. Tudíž před HNO3 dáme koeficient 4: dva atomy dusíku se zúčastnily na redoxním procesu, dva nezměnily oxidační číslo: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Bez stechiometrického koeficientu zůstává voda. Na levé straně rovnice máme 4 atomy H, proto před H2O dáme koeficient 2: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Spočítáním atomů kyslíku na obou stranách rovnice (12 = 12) ověříme koeficienty rovnice. Jelikož získané stechiometrické koeficienty (1, 4 = 1, 2, 2) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, vyčíslování rovnice je ukončeno. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici: KMnO4 + HBr → Br2 + MnBr2 + KBr + H2O Vypočítáme oxidační čísla všech atomů, mění se oxidační čísla atomů Mn a Br: KIMnVIIO–II4 + HIBr–I → Br02 + MnIIBr–I 2 + KIBr–I + H2O–II Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: Br–I – 1e– → Br0 (oxidace) MnVII + 5e– → MnII (redukce) První parciální chemickou rovnici vynásobíme pěti a obě rovnice sčítame: 5Br–I – 5e– → 5Br0 MnVII + 5e– → MnII 5Br–I – 5e– + MnVII + 5e–= 5Br0 + MnII a po úpravě získame SRR: 5Br–I + MnVII → 5Br0 + MnII Na pravé straně rovnice máme mít podle SRR 5 atomů Br s oxidačním číslem 0. Ten je však tvořen dvouatomovými molekulami, takže stechiometrický koeficient by měl zlomkovou hodnotu. Proto SRR vynásobíme číslem 2: 10Br–I + 2MnVII → 10Br0 + 2MnII Získané číselné hodnoty vyjadřují počty atomů, které musí být na levé a pravé straně rovnice. Na obou stranách rovnice mají být 2 atomy Mn, koeficient před KMnO4 a MnBr2 bude 2: 2KMnO4 + HBr → Br2 + 2MnBr2 + KBr + H2O Zároveň na levé straně má být 10 atomů Br s oxidačním číslem –I, ale před HBr nemůžeme dát koeficient 10. Na pravé straně rovnice se totiž vyskytují i atomy Br s nezměněným oxidačním číslem –I. Koeficient před HBr tak musí být větší než 10. Na pravé straně rovnice máme mít 10 atomů Br s oxidačním číslem 0, proto před Br2 dáme koeficient 5: 2KMnO4 + HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + KBr + H2O Na levé straně rovnice máme dva atomy K, proto před KBr dáme koeficient 2: 2KMnO4 + HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + H2O Jelikož na pravé straně rovnice už máme koeficienty před všemi látkami obsahujícími Br, zjistíme, že na pravé straně je 16 atomů Br, proto před HBr dáme koeficient 16: 2KMnO4 + 16HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + H2O Koeficient 16 před KBr zároveň znamená, že 10 atomů Br se zúčastnilo redoxní reakce a zbylých 6 zůstalo nezměněných. Na levé straně rovnice je rovněž 16 atomů H, proto na pravé straně rovnice dáme před H2O koeficient 8: 2KMnO4 + 16HBr → 5Br2 + 2MnBr2 + 2KBr + 8H2O Řešení ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (8 = 8). Protože získané stechiometrické koeficienty (2, 16 = 5, 2, 2, 8) už kromě čísla 1 nemají žádný společný dělitel, vyčíslování rovnice je ukončeno. Určete stechiometrické koeficienty v rovnici : NO2 + NO + NaOH → NaNO2 + H2O Vypočítáme oxidační čísla všech atomů, zjistíme, že se mění jen oxidační číslo atomů N; jeho symboly podtrhneme: NIVO–II2 + NIIO–II + NaIO–IIHI → NaINIIIO–II2 + HI2O–II Jde o synproporcionační rovnici. Napíšeme parciální chemické rovnice oxidace a redukce: NII – 1e– → NIII (oxidace) NIV + 1e– → NIII (redukce) Protože je počet přijatých a odevzdaných elektronů stejný, rovnice sčítáme: NII – 1e– → NIII NIV + 1e– → NIII NII – 1e– + NIV + 1e– →NIII + NIII a po úpravě získáme SRR: NII + NIV → 2NIII Ze SRR vyplývá, že na pravé straně rovnice máme mít 2 atomy N s oxidačním číslem III a na levé straně po jednom atomu N s oxidačním číslem II, resp. IV. Do redoxní rovnice doplníme stechiometrické koeficienty: NO2 + NO + NaOH → 2NaNO2 + H2O Na pravé straně rovnice máme 2 atomy Na, proto před NaOH dáme koeficient 2: NO2 + NO + 2NaOH → 2NaNO2 + H2O Jedinou látkou bez stechiometrického koeficientu je voda. Na levé straně máme 2 atomy H, proto před H2O musí byť koeficient 1: NO2 + NO + 2NaOH → 2NaNO2 + H2O Řešení ješte ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (5 = 5). Protože získané stechiometrické koeficienty (1, 1, 2 = 2, 1) už kromě čísla 1 nemají žádného společného dělitele, je vyčíslování rovnice je ukončeno. i) 3,6,1,5,3 a) 3,4,3,4,2 b) 5,2,5,1,6 c) 2,11,11,6,2,11,8 d) 1,1,2,1,2,2 e) 4,11,2,8 f) 3,10,2,1,18 g) 5,1,6,3,3 h) 1,1,1,2 Vyčíslete rovnici Ag3AsO4 + Zn + H2SO4 → Ag + AsH3 + ZnSO4 + H2O Ag3IIIAsVO4 + Zn0 + H2SO4 → Ag0 + As-IIIH3 + ZnIISO4 + H2O Zn0 – 2e– → ZnII (oxidace) AsV + 8e– → As-III (redukce) 3AgI + 3e– → 3Ag0 (redukce) 11 Zn0 – 22e– → 11 ZnII (oxidace) 2 AsV + 16e– → 2 As-III (redukce) 6 AgI + 6e– → 6 Ag0 (redukce) 2 e– 11 e– 11 2 22 e– 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + H2O 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O 2 x 4 O = 8 O 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O 22 H = 6 H + 2 x 8 H 2 Ag3AsO4 + 11 Zn + 11 H2SO4 → 6 Ag + 2 AsH3 + 11 ZnSO4 + 8 H2O Iontové rovnice Jsou chemické rovnice, jimiž zapisujeme reakce iontů ve vodných roztocích kyselin, hydroxidů a solí. Jako celé molekuly zapisujeme a) nerozpustné látky (PbI2, CaCO3, AgBr, Ag2S, ...) b) slabé elektrolyty (H2O, H2CO3, H2S, HCN, CH3COOH, NH4OH, ...) c) plynné látky (H2S, CO2, SO2, SO3, NO, NO2, HCN, NH3, ...) Aby se tyto reakce mohly uskutečnit, musí být splněna aspoň jedna podmínka z níže uvedených: 1. Tvoří (rozpouští) se nerozpustná látka 2. Tvoří se slabý elektrolyt 3. Tvoří se plynná látka 4. Mění se oxidační číslo atomu Při zapisování „obyčejných“ (molekulárních) rovnic nezohledňujeme, že do reakce vstupují ionty: HCI + NaOH = NaCl + H2O Ve vodném roztoku ovšem prakticky neexistují žádné molekuly HCl, ale pouze ionty H+ a Cl-, a podobně je tomu s NaOH. Správnější je proto iontový zápis: H+ + Cl- + Na+ + OH- = Na+ + Cl- + H2O Toto je kompletní (úplná) iontová rovnice. Levá i pravá strana kompletní iontové rovnice obsahují stejné částice - Na+ a Cl-, které se během reakce nemění. Jejich odstraněním dostaneme krátkou iontovou rovnici: H+ + OH- = H2O Algoritmus pro psaní iontových rovnic 1.Sestavujeme rovnici molekulární reakce. 2.Všechny částice disociující se v roztoku do značné míry se zaznamenávají ve formě iontů, látky, které nejsou náchylné k disociaci, zůstávají „ve formě molekul“. 3.Odstraňujeme částice, které nejsou zapojeny do procesu. 4.Zkontrolujeme koeficienty a dostaneme konečnou odpověď - krátkou iontovou rovnici. Ve formě iontů jsou psány: •rozpustné soli •zásady (kromě NH4OH), •silné kyseliny (H2SO4, HNO3, HCI, HBr, HI, HCIO4, HCIO3, H2SO4 , …). Ve formě molekul jsou psány: •všechny nerozpustné soli •obecně všechny slabé elektrolyty (včetně vody). všechny slabé báze (včetně nerozpustných hydroxidů, NH4OH a podobných látek), všechny slabé kyseliny (H2CO3, HNO2, H2S, H2Si03, HCN, HClO, téměř všechny org. kyseliny) •oxidy (všechny typy), •všechny plynné sloučeniny (zejména H2, CO2, SO2, H2S, CO) •jednoduché látky (kovy a nekovy), •téměř všechny organické sloučeniny (s výjimkou solí org. kyselin rozpustných ve vodě). Solubility Rules Chart, Notebook Size, Pad of 30 Příklad 1 - vytvoření nerozpustné látky Působením chloridu barnatého na síran sodný nebo síran hořečnatý vzniká sraženina síranu barnatého a v roztoku zůstává druhý produkt reakce: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl BaCl2 + MgSO4 = BaSO4 + MgCl2 Protože obě reakce probíhají v roztoku, jsou to reakce volně pohyblivých iontu: Ba2+ + 2Cl- + 2Na+ + SO42- = BaSO4 + 2Na+ + 2Cl- Ba2+ + 2Cl- + Mg2+ + SO42- = BaSO4 + Mg2+ + 2Cl- Vynecháme-li na obou stranách rovnice ty ionty, které se reakce nezúčastnily (opakují se na obou stranách rovnice beze změny), napíšeme obě reakce zkrácenou iontovou rovnici: Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓ Rovnice vyjadřuje podstatu reakce - barnatý kationt reagoval se síranovým aniontem a vznikl síran barnatý. Příklad 2 - vytvoření nerozpustné látky Reakci dusičnanu stříbrného s chloridem barnatým můžeme zapsat buď rovnicí: 2AgNO3 + BaCl2 = 2AgCl + Ba(NO3)2 nebo iontově: 2Ag++ 2NO3- + Ba2+ + 2Cl- = 2AgCl + Ba2+ + 2NO3- zkrácená iontová reakce: Ag+ + Cl- = AgCl ↓ (nerozpustná látka, sraženina) Příklad 3 - rozpouštění sraženiny Reakci fosforečnanu vápenatého s kyselinou dusičnou můžeme zapsat rovnicí: Ca3(PO4)2 + 6HNO3 = 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4 nebo iontově: Ca3(PO4)2 + 6H+ + 6NO3- = 3Ca2+ + 6NO3- + 2H3PO4 zkrácená iontová reakce: Ca3(PO4)2 + 6H+ = 3Ca2+ + 2H3PO4 Příklad 4 - vytvoření slabého elektrolytu Reakci hydroxidu sodného s kyselinou chlorovodíkovou můžeme zapsat buď rovnici: NaOH + HCl = NaCl + H2O nebo iontově: Na+ + OH- + H+ + Cl- = Na++ Cl- + H2O zkrácená iontová reakce: OH- + H+ = H2O - slabý elektrolyt Příklad 5 - vytvoření plynné látky Reakci sulfidu draselného s kyselinou chlorovodíkovou můžeme zapsat buď rovnicí: K2S + 2HCl = 2KCl + H2S nebo iontově: 2K+ + S2- + 2H+ + 2Cl- = 2K+ + 2Cl- + H2S zkrácená iontová reakce: S2- + 2H+ = H2S - plynná látka Příklad 6 rovnice: NaCl + KNO3 = NaNO3 + KCl iontově: Na+ + Cl- + K+ + NO3- = Na+ + NO3- + K+ + Cl- NaCl + KNO3 = NEREAGUJÍ, protože nebyla splněna žádná z výše uvedených podmínek. Máme směs roztoku NaCl a KNO3 (přesněji směs iontů Na+, Cl-, K+, NO3-). Zapište rovnici v iontovém tvaru: Jako ionty můžeme zapsat jen vzorce silných kyselin a zásad a solí dobře rozpustných ve vodě. Ostatní látky se nerozpisují: Nejprve napíšeme rovnici ve stechiometrickém tvaru: Napište iontový zápis srážecí reakce kyseliny sírové s chloridem barnatým. Následně rozepíšeme rovnici disociace a poté výslednou rovnici: Sestavte rovnice podle nichž probíhají přeměny BaO → BaCl2 → Ba(NO3)2 → BaSO4 MgSO4 → Mg(OH)2 → MgO → MgSO4 Lze připravit roztok, který zároveň obsahuje Ba(OH)2 a HCl CaCl2 a Na2CO3 KCl a NaNO3 NaCl a AgNO3 Kterými reakcemi lze získat CuCl2 z Cu(NO3)2 ? Napište iontový zápis a zkrácený iontový zápis reakce chloridu sodného s dusičnanem stříbrným. Nejprve si napíšeme stechiometrickou rovnici reakce a vyčíslíme ji: AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3 Následně rozpíšeme všechny sloučeniny do iontového tvaru, kromě sraženiny: Ag+ + NO3- + Na+ +Cl- → AgCl↓ + Na+ + NO3- Jestliže vynecháme na obou stranách rovnice ionty, které se opakují (a nezúčastňují se samotné srážecí reakce), dostaneme zkrácenou iontovou rovnici: Ag+ + Cl- → AgCl↓ Sestavte iontovou rovnici reakce hydroxidu sodného s kyselinou sírovou. Nejprve si napíšeme úplnou chemickou rovnici a vyčíslíme ji: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O Oba reaktanty jsou v roztoku úplně disociované, jedná se totiž o silnou kyselinu a silnou zásadu. Vznikající síran sodný je ve vodě dobře rozpustný. Vodu považujeme za slabý elektrolyt, proto ji v iontové rovnici nerozpisujeme: 2H+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- → 2Na+ + SO42- + 2H2O Tuto neutralizační reakci můžeme zapsat zkráceným obecným zápisem každé neutralizace: H+ + OH- → H2O Sestavte iontovou rovnici reakce hydroxidu sodného s kyselinou sírovou. Nejprve si napíšeme úplnou chemickou rovnici a vyčíslíme ji: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O Oba reaktanty jsou v roztoku úplně disociované, jedná se totiž o silnou kyselinu a silnou zásadu. Vznikající síran sodný je ve vodě dobře rozpustný. Vodu považujeme za slabý elektrolyt, proto ji v iontové rovnici nerozpisujeme: 2H+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- → 2Na+ + SO42- + 2H2O Tuto neutralizační reakci můžeme zapsat zkráceným obecným zápisem každé neutralizace: H+ + OH- → H2O Vytvořte úplnou a krátkou iontovou rovnici, která popisuje interakci vodných roztoků chloridu barnatého a síranu sodného. Nejprve vytvoříme molekulární rovnici. Chlorid barnatý a síran sodný jsou dvě soli. Obě soli mohou vzájemně reagovat, pokud se během reakce vytvoří sraženina. BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaCl. Vytvořte úplnou iontovou rovnici, která popisuje interakci hydroxidu měďnatého a kyseliny chlorovodíkové. Hydroxid měďnatý je nerozpustná báze. Všechny nerozpustné báze reagují se silnými kyselinami za vzniku soli a vody: Cu(OH)2 + 2 HCl = CuCl2 + 2 H2O Hydroxid měďnatý je nerozpustná báze (viz tabulka rozpustnosti), slabý elektrolyt. Nerozpustné báze se zaznamenávají v molekulární formě. HCI je silná kyselina, v roztoku se téměř úplně disociuje na ionty a CuCl2 je rozpustná sůl. Obojí píšeme v iontové formě. Voda Voda je slabý elektrolyt, prakticky nedisociuje, píšeme ji v molekulární formě. Cu(OH)2 + 2 H+ + 2 Cl- = Cu2+ + 2 Cl- + 2 H2O Napište kompletní iontovou rovnici pro reakci oxidu uhličitého s vodným roztokem NaOH. Oxid uhličitý je typický oxid kyseliny, NaOH je báze. Při interakci oxidů kyselin s vodnými roztoky alkálií se tvoří sůl a voda. Sestavujeme rovnici molekulární reakce: CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O. CO2 - oxid, plynná sloučenina, píšeme v molekulární formě. NaOH je silná báze (alkálie), píšeme ve formě iontů. Na2CO3 je rozpustná sůl, píšeme ve formě iontů. Voda je slabý elektrolyt, prakticky nedisociuje, ponecháváme ji v molekulární formě. CO2 + 2 Na+ + 2 OH- = Na2+ + CO32- + H2O Působením chloridu barnatého na síran horečnatý vzniká sraženina síranu barnatého. Zapište zkrácenou iontovou rovnicí. Nejprve si napíšeme úplnou chemickou rovnici: BaCl2 + MgSO4 → BaSO4 + MgCl2 Reakce probíhají v roztoku, jedná se o reakce volně se pohybujících iontů. BaSO4 je sraženina málo rozpustná ve vodě, proto se nerozpisuje na samostatné ionty: Ba2+ + 2Cl- + Mg2+ + SO42-→ BaSO4↓ + Mg2+ +2Cl- Pokud vynecháme na obou stranách rovnice ionty, které se opakují (a neúčastní se samotné srážecí reakce), dostaneme zkrácenou iontovou rovnici: Ba2++ SO42-→ BaSO4↓ Rozpouštění sraženiny fosforečnanu vápenatého pomocí kyseliny dusičné můžeme zapsat chemickou rovnicí: Ca3(PO4)2↓ + 6HNO3 → 3Ca(NO3)2 + 2H3PO4. Napište iontovou a zkrácenou iontovou rovnici tohoto děje. Iontová rovnice je: Ca3(PO4)2↓ + 6H+ + 6NO3- → 3Ca2+ + 6NO3- + 6H+ + 2PO42- Zkrácená iónová rovnice je: Ca3(PO4)2 ↓→ 3Ca2 + 2PO42- alebo Ca3(PO4)2↓ + 6H+→ 3Ca2+ + 2H3PO4 Sulfid sodný ve vodném roztoku reaguje s chloridem zinečnatým za vzniku sraženiny. Vytvořte pro tuto reakci úplnou iontovou rovnici. Sulfid sodný a chlorid zinečnatý jsou soli. Interakce těchto solí vysráží sulfid zinečnatý: Na2S + ZnCl2 = ZnS↓ + 2NaCl. Iontová rovnice je 2 Na+ + S2- + Zn2+ + 2 Cl- = ZnS ↓ + 2 Na+ + 2 Cl- Dokončete rovnice pro následující reakce: 1. KOH + H2SO4 = 2. H3PO4 + Na2O = 3. Ba (OH)2 + CO2 = 4. NaOH + CuBr2 = 5. K2S + Hg(NO3)2 = 6. Zn + FeCl2 = Napište molekulární rovnice reakcí (ve vodném roztoku) mezi: a)uhličitanem sodným a kyselinou dusičnou, b)chloridem nikelnatým a hydroxidem sodným, c)kyselinou fosforečnou a hydroxidem vápenatým, d)dusičnanem stříbrným a chloridem draselným, e) oxidem fosforečným (V) a hydroxidu draselného. Složte molekulární a úplné iontové rovnice následujících reakcí: 1. NaOH + HNO3 = 2. H2SO4 + MgO = 3. Ca (NO3)2 + Na3PO4 = 4. CoBr2 + Ca(OH)2 = Napište kompletní iontové rovnice popisující interakci: a)oxidu dusičného (V) s vodným roztokem hydroxidu barnatého, b)roztoku hydroxidu cesného s kyselinou jodovodíkovou, c)vodných roztoků síranu měďnatého a sulfidu draselného, d)hydroxidu vápenatého a vodného roztoku dusičnanu železa (III). Zjistěte stechiometrické koeficienty v nasledující chemické rovnici: [SnCl3]– + H2O → [Sn3(OH)4]2+ + H3O+ + Cl– V chemické rovnici se oxidační čísla všech atomů nemění, takže není redoxní. Najdeme látku, s největšími stechiometrickými indexy a budeme předpokládat, že její stechiometrický koeficient bude 1 = produkt [Sn3(OH)4]2+. Na pravé straně rovnice máme 3 atomy Sn, proto na levou stranu rovnice dáme před [SnCl3]– koeficient 3: 3[SnCl3]– + H2O → [Sn3(OH)4]2+ + H3O+ + Cl– Na levé straně tak máme 9 atomů Cl, proto pred Cl– dáme koeficient 9: 3[SnCl3]– + H2O → [Sn3(OH)4]2+ + H3O+ + 9Cl– Zůstal ještě neznámý koeficient pro vodu a oxoniový kation. Ide o iónovú rovnicu. Využijeme pravidlo bilance nábojů: Na levé straně rovnice je součet nábojových čísel: 3 x(–1) + 0 = –3. Na pravé straně rovnice je součet nábojových čísel (kromě H3O+): 1 · 2 + 9 · (–1) = –7. Z toho vyplývá, že koeficient H3O+ musí být 4, aby byl na obou stranách rovnice stejný součet nábojových čísel (–3): 3[SnCl3]– + H2O → [Sn3(OH)4]2+ + 4H3O+ + 9Cl– Na pravé straně máme 4 + 4 · 3 = 16 atomů H, z čehož vyplývá, že na levé straně rovnice musí mít voda koeficient 8: 3[SnCl3]– + 8H2O → [Sn3(OH)4]2+ + 4H3O+ + 9Cl– Správnost stechiometrických koeficientů ověříme spočítáním atomů O na obou stranách rovnice (8 = 8). Protož získané stechiometrické koeficienty (3, 8 = 1, 4, 9) už kromě čísla 1 nemají jiného společného dělitele, vyčíslování rovnice je skončeno. Dihydrogenvanadičnan se ve vhodném prostředí mění na hydrogentrivanadičnan H2VO4- --› HV3O92- 1. Vyrovnáme na obou stranách počty centrálních atomů 3 H2VO4- --› HV3 O92- 2. porovnáme na obou stranách náboje, v případě, že se nerovnají, doplníme prostředí, buď kyselé H3O+ nebo zásadité OH- tak, aby se vyrovnaly náboje. H3O+ nebo OH- se vyrovnává buď na straně reaktantů nebo produktů. Pozor: nelze vyrovnávat na obou stranách zároveň, to znamená, nemůže být na jedné straně H3O+ a na druhé OH-, přestože by to čistě matematicky vycházelo. 3 H2VO4- + H3O+ --› HV3O92- 3. porovnáme na obou stranách vodíky, případě, že nerovnají, doplníme za pomoci vody, kterou podtrhneme 3 H2VO4- + H3O+ --› HV3O92- + 4 H2O 4. Zkontrolujeme počet atomů kyslíku. Zapište následující srážecí rovnice v iontovém tvaru: Zapište následující rovnice komplexotvorných reakcí v iontovém tvaru: Vyčíslete následující iontové rovnice. g) 1,1,2,1,1,1 a) 1,2,1,6,4 b) 1,1,2,1,1 c) 2,1,4,1,1,2 d) 1,1,1,1,2 e) 2,1,4,1,1,2 f) 3,2,1,2 Vyčíslete následující iontové reakce : P3- + H2O → PH3 + OH- Au3+ + Cl- → [AuCl4]- As2S3 + OH- → AsO2- + AsS2- + H2O [Cu(H2O)6]2+ + Cl- → [CuCl4]2- + H2O VO43- + H+ → V3O93- + H2O CrCl2O2 + OH- → CrO42- + Cl- + H2O HPO42- + MoO42- + H+ → [P(Mo3O10)4]3- + H2O [Al(H2O4)(OH)2]+ + CO32- → [Al(H2O)3(OH)3] + HCO3- [Al(H2O)4(OH)2]+ + CO32- → [Al(H2O)3(OH)3] + HCO3- P3- + 3 H2O → PH3 + 3 OH- Au3+ + 4 Cl- → [AuCl4]- 2 As2S3 + 4 OH- → AsO2- + 3 AsS2- + 2 H2O [Cu(H2O)6]2+ + 4 Cl- → [CuCl4]2- + 6 H2O 3 VO43- + 6 H+ → V3O93- + 3 H2O CrCl2O2 + 4 OH- → CrO42- + 2 Cl- + 2 H2O HPO42- + 12 MoO42- + 23 H+ → [P(Mo3O10)4]3- + 12 H2O Al + NaOH + H2O = Na[Al(OH)4] + H2 H2O2 = H2O + O2 KMnO4 + HCl = Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O Napište rovnici reakce zinku a kadmia s koncentrovanou kyselinou sírovou za tepla. Napište obecné (iontové) rovnice reakcí a) zinku, b) hliníku s vodným roztokem hydroxidu alkalického kovu. Napište rovnice chemických reakcí, které probíhají při pražení sulfidu železnatého a při pražení sulfidu zinečnatého. 4 FeS + 7 O2 = 2 Fe2O3 + 4 SO2 2 ZnS + 3 O2 = 2 ZnO + 2 SO2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2 2 H2O2 = O2 + 2 H2O MnVII + 5e = MnII; 2Cl- = Cl2 + 2e 2 KMnO4 + 16 HCl = 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O Zn = Zn2+ + 2e; SVI + 2e = SIV Zn + 2 H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O; kadmium bude reagovat stejně. Zn + 2 OH- + 2 H2O = [Zn(OH)4]2- + H2 2 Al + 2 OH- + 6 H2O = 2 [Al(OH)4]- + 3 H2