Redox V5 - H9.2 redoxreacties

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

• DEZE LES

HOOFDSTUK 9 REDOXREACTIES

Redoxreacties

Leerdoelen:

9.2.1 Je kunt een totaalreactie van een redoxreactie opstellen
           met behulp van gegeven halfreacties en BiNaS 48.
9.2.2 Je kunt de corrosiegevoeligheid van metalen in verband brengen met
           de standaardelektrodepotentiaal en de aanwezigheid van een
           beschermende (metaaloxide)laag.

• je kunt uit Binas tabel 48 de sterkte van een OX en RED afleiden
• je kunt met Binas 48 beredeneren of een RedOx reactie verloopt

een positief ion

- heeft minder elektronen dan protonen

- kan elektronen Opnemen

- is een OXidator

uitzondering: Fe2+ (OX én RED)

een negatief ion 

- heeft meer elektronen dan protonen

- kan elektronen afstaan

- is een REDuctor

Weten we nog?:

De edelheid van metalen

Alle metalen zijn reductoren, zij vormen positieve ionen en staan dus elektronen af.

Een onedel metaal, een metaal dat gemakkelijk met andere
                                          stoffen reageert, is een STERKE reductor. 

Een edel metaal,       een metaal dat niet zo makkelijk reageert,
                                          is een ZWAKKE reductor.  

StandaardElektrodePotentiaal (SEP)

• Binas tabel 48 staat de SEP uitgedrukt in V₀ (Volt).
• V₀ is een maat voor de sterkte van de oxidator.
• Hoe hoger V₀, hoe sterker de oxidator
• Hoe lager V₀, hoe sterker de reductor
• Sterkste oxidatoren linksboven
• Sterkste reductoren rechtsonder

Is het een oxidator, reductor of beide, sleep naar het juiste blok.

Oxidator

Oxidator & Reductor

Reductor

Mg

  I2

O2

Cl^-

H⁺

Fe²⁺

H2O2

H2S

Sorteer onderstaande metalen van zeer sterk onedel naar edel:

zeer sterk onedel

sterk onedel

onedel

edel

Goud

Kalium

IJzer

Magnesium

Wat is de sterkste oxidator?

1. Br2
2. Al3+
3. Pb2+
4. Ag+

Wat is de sterkste reductor?

1. Al
2. Fe2+
3. Cu
4. Au

Redoxkoppel

• Ag -atoom
   noem je geconjugeerde reductor van de oxidator Ag⁺ -ion.
• Ag⁺ -ion
   is weer de geconjugeerde oxidator van het Ag -atoom.
• Ag en Ag⁺ vormen samen een REDOXKOPPEL Ag⁺/Ag

Reacties van ....(metalen)

Metalen staan niet allemaal even makkelijk elektronen af

Oxidatoren zijn ook niet allemaal even sterk in het opnemen van elektronen. 

Wanneer verloopt een reactie tussen een OX en RED?

Standaardelektrodepotentiaal

• Verschil in V0 bepaalt of en hoe een reactie verloopt 
• ∆V0 = V0 (OX) - V0 (RED)

sterke ox (hoge V₀)

sterke red (lage V0)

Dus onthoud!

Een redoxreactie verloopt als 

in Binas tabel 48 

de OX boven de RED staat

In deze gedeelde les vind je aan het eind nog een filmpje over de sterkte van OX en RED in Binas 48 als je de uitleg nog een keer wilt horen

Redoxreactie mbv halfreacties

Bij het opstellen van een totaalreactie worden de oxidator en reductor apart bekeken met halfreacties. Voor de totale redoxreactie moet je de halfreacties in de juiste verhouding optellen, zodat het aantal overgedragen elektronen gelijk wordt:

halfreactie OX:   2 H+   + 2e-   -->   H2                          1x

halfreactie RED:     Mg               -->  Mg2+   + 2e-        1x

Redoxkoppel

Ni --> Ni2+ + 2e-

Fe3+ + e- --> Fe2+

Uit de RED Ni ontstaat altijd de OX Ni2+

Uit de OX Fe3+ ontstaat altijd de RED Fe2+

Deze OX en RED vormen een KOPPEL: een REDOXKOPPEL

Stappenplan redoxreactie

1. Deeltjesinventarisatie: Let op opgeloste zouten en dergelijke.  Aangezuurd = er is H+ aanwezig. In basisch milieu = er is OH- aanwezig.
2. Binas tabel 48: sterkste OX en sterkste RED
3. ∆V0 bepalen: aflopend, evenwicht of niet?
4. Halfreacties en totaalreactie
5. Controle: Geen neerslag nog erbij?

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties   van de OX en de RED  met de deeltjes 

    die aan het aanwezig zijn:

                                                 OX               Fe3+ + e-  -->   Fe2+

                                               RED              Ni                 -->   Ni2+ + 2e-

       

   

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties                 Fe3+ + e-  -->   Fe2+

    van de OX en de RED                    Ni                 -->   Ni2+ + 2e-

TIP: zet de pijlen onder elkaar, zodat je duidelijk ziet welke deeltjes voor de pijl komen en welke erna

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties                Fe3+ + e-  -->   Fe2+                   2x

    van de OX en de RED                    Ni                 -->   Ni2+ + 2e-       1x

2. maak het aantal elektronen gelijk (noteer!)

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties               

    van de OX en de RED                   Fe3+ + e-  -->   Fe2+                  2x

2. maak het aantal                            Ni                 -->   Ni2+ + 2e-       1x

     elektronen gelijk (noteer!)    

3. tel de                                   Ni + 2 Fe3++ 2 e- --> Ni2++ 2 Fe2+ + 2 e-

     halfreacties op

TIP: werk netjes recht onder elkaar, dan vergeet je geen deeltjes

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties               

    van de OX en de RED                   Fe3+ + e-  -->   Fe2+                  2x

2. maak het aantal                            Ni                 -->   Ni2+ + 2e-       1x

     elektronen gelijk (noteer!)    

3. tel de                                   Ni + 2 Fe3++ 2 e- --> Ni2++ 2 Fe2+ + 2 e-

     halfreacties op

TIP: werk netjes recht onder elkaar, dan vergeet je geen deeltjes

Opstellen redox-reactievergelijking

1. noteer de halfreacties                  Fe3+ + e-  -->   Fe2+                   2x

    van de OX en de RED                      Ni                 -->   Ni2+ + 2e-       1x

2. maak het aantal 

elektronen gelijk (noteer!)    Ni + 2Fe3++2e- --> Ni2++ 2Fe2++2e-

3. tel de halfreacties op

4. streep dezelfde deeltjes weg     Ni + 2 Fe3+ --> Ni2+ + 2 Fe2+

stap 5: Controleer jezelf !!

- is het aantal atomen voor en na de pijl gelijk? (kloppend)

- is de totale lading voor en na de pijl gelijk? (ladingbalans)

Ni + 2 Fe3+ --> Ni2+ + 2 Fe2+

Voorbeeld 2: Geef de vergelijking van de redoxreactie die verloopt als je een staafje kobalt in een oplossing van koperchloride plaatst (neutraal milieu).

• Stap 1: Co (s), Cu2+ (aq), Cl^- (aq) en H2O (l)
  
• Stap 2: Sterkste OX: Cu2+ en sterkste RED: Co
• Stap 3: ∆V0 = V0(OX) - V0 (RED) = 0,34 --0,28 = 0,62 is aflopend
• Stap 4: Halfreactie OX:   Cu2+ + 2e- -> Cu(s)
• Stap 4: Halfreactie RED: Co(s)            -> Co2+ + 2e-
• Stap 4: Totaalreactie:      Co(s) + Cu2+ (aq) -> Cu(s) + Co²⁺ (aq)
• Stap 5:  Controle: Geen neerslag tussen Cu2+ en Cl-. Lading- en massabalans klopt

Voorbeeld 3: Geef de vergelijking van de redoxreactie die verloopt wanneer je aluminium in een oplossing van zinkchloride doet (neutraal milieu).

• Stap 1: Al (s), Zn2+ (aq), Cl- (aq) en H2O (l)
• Stap 2: Sterkste OX: Zn²+ en sterkste RED: Al
• Stap 3: ∆V0 = V0(OX) - V0 (RED) = -0,76 --1,66 = 0,90 is aflopend
• Stap 4: Halfreactie OX:   Zn2+ + 2e^- -> Zn(s)               (x3)
• Stap 4: Halfreactie RED: Al(s)            -> Al3+ + 3e^-       (x2)
• Stap 4: Totaalreactie:      2 Al(s) + 3 Zn²⁺  (aq) > 3 Zn(s) + 2 Al³⁺ (aq)
• Stap 5:  Controle: Geen neerslag tussen Al3+ en Cl-. Lading- en massabalans klopt

Stel de redoxreactie op van:
Al (s) + ZnCl2-oplossing

Welke van onderstaande reacties is een redoxreactie?

1. 
2. Mg+2H​+​​→Mg​2+​​+H​2​​
3. 
4. 

Welk van de onderstaande reacties is een redoxreactie?

→

1. 2K(s)+Cl​2​​(g)→2KCl(s)
2. 2Al(s)+3Br​2​​(l)→2AlBr​3​​(s)
3. BaCl​2​​(s)→Ba​2+​​(aq)+2Cl​−​​(aq)
4. Ag​+​​(aq)+Cl​−​​(aq)→AgCl(s)

Stappenplan
opstellen redoxreactievergelijkingen

in verschillende milieus:

Reactiemilieu is belangrijk !!

Bij redoxreacties is het milieu waarin de reactie verloopt van  groot belang: 
zuur milieu :                 H⁺     = hulpdeeltje bij oxidator
basisch milieu :          OH-  = hulpdeeltje bij reductor
neutraal  milieu :        H2O = hulpdeeltje bij oxidator of reductor

Altijd eerst inventariseren welke deeltjes aanwezig zijn !

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

Geef de reactievergelijking als een ijzeren spijker in een koper(II)chloride-oplossing gezet wordt

1) noteer welke deeltjes je hebt (denk aan milieu!!!): Fe, Cu²⁺,Cl^-, H₂O

2) zoek deeltjes op in Binas T48 en noteer ze in tabel ox |  red (met V₀)
    Let op sommige zijn ox en red

           (V0)    OX          RED     (V0)       

           0,34   Cu²⁺       Fe      - 0,45

         - 0,83   H₂O        H₂O     1,23/1,78

                                     Cl-        1,36

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

3) neem formule sterkste ox (hoogste V) en
    red (laagste V) over en noteer:
    ox: Cu²⁺

   red: Fe

4) neem de halfvergelijking van de sterkste ox en red onder elkaar over

    ox: Cu²⁺ + 2 e^- --> Cu

   red: Fe --> Fe²⁺ + 2 e^-

__

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

5) maak de electronen gelijk en tel de halfvergelijkingen op en streep gelijke deeltjes voor/na de pijl door

   ox: Cu²⁺ + 2 e^- --> Cu

   red: Fe --> Fe²⁺ + 2 e^-

  Cu²⁺ + Fe --> Cu + Fe²⁺

Stappenplan: 

Nu zelf aan de slag met het opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

1) noteer welke deeltjes je hebt (denk aan milieu!!!)

2) zoek deeltjes op in Binas T48 en noteer ze in tabel ox |  red (met V₀)
3) neem formule sterkste ox en red over

4) neem de halfvergelijking van de sterkste ox en red onder elkaar over

5) maak de electronen gelijk en tel de halfvergelijkingen op en streep
     gelijke deeltjes voor/na de pijl door

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

 aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

1-2)                  (V0)          ox              red       (V0)    
                        1,51  MnO₄^-/H⁺         H₂O     1,23

                        0,83  H₂O                  Fe²⁺     0,77
3-4)       ox MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e^- --> Mn²⁺ + H₂O

             red                         Fe²⁺ --> Fe³⁺ + e^-

Stappenplan: opstellen reactievergelijking m.b.v. T48

 aangezuurde kaliumpermanganaat-oplossing wordt gemengd met ijzer(II)chloride oplossing

5-6)  ox     MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e^- --> Mn²⁺ + H₂O             1x

        red            Fe²⁺                  --> Fe³⁺ + e^{-                  5x}

totaal   MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 Fe²⁺  --> 5 Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

Let op! Voorbeeld 1 zonder H+ en voorbeeld 2 met H+

Je kunt nu. 

9.2.1 Je kunt een totaalreactie van een redoxreactie opstellen

           met behulp van gegeven halfreacties en BiNaS 48.

9.2.2 Je kunt de corrosiegevoeligheid van metalen in verband brengen met

           de standaardelektrodepotentiaal en de aanwezigheid van een

           beschermende (metaaloxide)laag.

• je kunt uit Binas tabel 48 de sterkte van een OX en RED afleiden
• je kunt met Binas 48 beredeneren of een RedOx reactie verloopt

Meer oefening ?

https://www.willdewolf.nl/images/pdf/VWO-onderwerpen/Elektrochemie-VWO.pdf 

of 

https://www.kemia.nl/oefenen/nova-max?view=article&id=76&catid=11

Zie nevenstaande beginstof en reactieproduct. Is er sprake geweest van een redoxreactie en hoe licht je het antwoord toe?

1. nee, voor en na de reactie zijn het nog steeds ijzerionen, dus geen redox
2. nee, het is allebei ijzersulfaat dus er was geen reactie
3. ja, de ijzerionen zijn van lading veranderd
4. ja, de ijzerionen uit de beginstof hebben elektronen opgenomen

Redoxreactie: reductoren

Metalen zijn altijd reductor.

Sommige metaalionen kunnen ook als reductor reageren.

Water is een heel zwakke reductor.

Redoxreactie: oxidatoren

Metaalionen kunnen altijd als oxidator reageren. Sommige metaal-ionen kunnen ook als reductor reageren.

Zure oplossingen (H⁺) zijn oxidator.

Water is een heel zwakke oxidator.

Redoxreactie: halfreacties

In een halfreactie komen altijd elektronen (e^-) voor. In de totaalreactie echter nooit! Zorg er bij het optellen voor dat e^- wordt weggestreept.

(Streep ook andere deeltjes die links en rechts van de → staan altijd weg).

Redoxreactie: halfreacties in Binas 48

Oxidator en haar geconjugeerde reductor (op dezelfde regel) vormen samen een redoxkoppel. Die noteer je als volgt

(reductor/oxidator):

             F^-/F₂

       Ce³⁺/Ce⁴⁺

          Au/Au³⁺

Zie nevenstaande halfreacties voor de redoxreactie tussen aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing en kaliumchloride-oplossing. Kun je deze halfreacties zo bij elkaar optellen en hoe licht je het antwoord toe?

1. nee, eerst halfreactie van oxidator x 5 en halfreactie van reductor x 2 (en deze omkeren natuurlijk)
2. nee, eerst halfreactie van oxidator x 2 en halfreactie van reductor x 5 (en deze omkeren natuurlijk)
3. ja, zolang je de halfreactie van de reductor eerst omkeert
4. ja, zolang je de halfreactie van de oxidator eerst omkeert

Redoxreactie: oxidatorsterkte (linkerpagina Binas 48)

Hoe hoger oxidator in Binas 48, hoe groter U⁰, hoe sterker de oxidator, hoe zwakker de geconjugeerde reductor. 

Een sterke oxidator is veel meer reactief dan een zwakkere oxidator.

sterk

zwakker

U⁰(V)

Redoxreactie: reductorsterkte (rechterpagina Binas 48)

Hoe lager reductor in Binas 48, hoe kleiner U⁰, hoe sterker de reductor, hoe zwakker de geconjugeerde oxidator. 

Een sterke reductor is veel meer reactief dan een zwakkere reductor.

zwakker

sterk

U⁰(V)

Het metaal lithium is de sterkte reductor, dus lithium-ionen zijn de zwakste oxidator!

In welke van nevenstaande situaties a, b en c treedt er een redoxreactie op? Maak gebruik van Binas 48 (en eventueel van Binas 66A en 66B).

1. a, b en c
2. alleen a
3. a en b
4. b en c

de invloed van de pH op de oxidatorsterkte van nitraat 

In het volgende filmpje zie je hoe de stof koper reageert met geconcentreerd salpeterzuur en verdund salpeterzuur

(H+ + NO3-)

Redoxreactie: aanzuren en aanlogen (zie Binas 48)

  Lees dus altijd goed de tekst bij de opgave! Wanneer er 'aangezuurd' staat, betekent dat je halfreactie van de    oxidator dus links van de pijl niet alleen elektronen (e^-) heeft, maar ook protonen (H⁺).