Redoxreacties (Scheikunde vwo), les 2: Examentraining

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introductie

Examentraining redoxreacties vwo: voorspellen met V⁰, halfreacties afleiden, totaalvergelijking en titratieberekening en corrosie verklaren, met stappenplan, 8 vragen in examenstijl en tips.

Zwaar geroeste kettingschakels in een haven in Zweden

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Examentraining

Redoxreacties: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: W.carter / Wikimedia Commons, CC0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Wat ga je kunnen?

Ik kan met V⁰ voorspellen, halfreacties afleiden, een totaalvergelijking gebruiken in een berekening en corrosie verklaren.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: wat is gegeven (V⁰, halfreacties, milieu) en wat wordt gevraagd?

• 2. Wijs aan: welk deeltje is oxidator en welk is reductor, en bij welk koppel hoort het?

• 3. Werk uit: vergelijk V⁰, leid de halfreactie af (H₂O, H⁺ of OH⁻, e⁻) of tel de halfreacties op.

• 4. Controleer: atomen en lading links en rechts, eenheden en significante cijfers.

Goudstaven: goud is zo edel dat het nauwelijks reageert

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Vraagtype 1: verloopt de reactie?

• Gegeven V⁰: Ni²⁺/Ni −0,26 V, Fe²⁺/Fe −0,44 V, Cu²⁺/Cu +0,34 V, Ag⁺/Ag +0,80 V.

• Een reactie kan verlopen als de oxidator een hogere V⁰ heeft dan de reductor.

Image credit: Szaaman / Wikimedia Commons, publiek domein

Ni-staaf in Fe²⁺-oplossing (Ni²⁺/Ni −0,26 V, Fe²⁺/Fe −0,44 V). Wat gebeurt er?

A

Ni lost op en Fe slaat neer: Ni is de reductor

B

Fe slaat neer, want Fe²⁺ heeft de lagere V⁰

C

Geen reactie: V⁰ van Fe²⁺ is lager dan van Ni²⁺

D

Geen reactie: V⁰ van Fe²⁺ is hoger dan van Ni²⁺

Syllabus R1.10. Ni is de reductor (koppel Ni²⁺/Ni, −0,26 V), Fe²⁺ zou oxidator zijn (koppel Fe²⁺/Fe, −0,44 V). De oxidator heeft de lagere V⁰, dus de reactie verloopt niet. Verwachte fout: denken dat Ni oplost omdat het een metaal is in een oplossing met een ion.

Koper in een Ag⁺-oplossing: geef de vergelijking.

Syllabus R1.10 en R1.13. Antwoord: Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag. Ag⁺/Ag (0,80 V) is hoger dan Cu²⁺/Cu (0,34 V), dus Ag⁺ is de oxidator en Cu de reductor. Controle: links 1 Cu, 2 Ag, lading 2+; rechts hetzelfde. Verwachte fout: Cu + Ag⁺ → Cu²⁺ + Ag zonder coëfficiënt 2 (de lading klopt dan niet).

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Vraagtype 2: halfreactie afleiden

• Volg de volgorde: atomen behalve O en H, O met H₂O, H met H⁺ (of OH⁻ als dat gegeven is), lading met e⁻.

• Voorbeeld: Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺ heeft geen O of H, dus alleen elektronen links.

Geef de halfreactie van NO₃⁻ naar NO in zuur milieu.

Syllabus R1.12. Antwoord: NO₃⁻ + 4 H⁺ + 3 e⁻ → NO + 2 H₂O. Stappen: 1 N links en rechts; 3 O links en 1 O rechts geeft 2 H₂O rechts; 4 H rechts geeft 4 H⁺ links; lading links 1− + 4+ = 3+ en rechts 0 geeft 3 e⁻ links. Controle: links 1 N, 3 O, 4 H en lading 0; rechts 1 N, 3 O, 4 H en lading 0. Verwachte fout: 4 e⁻ of 2 e⁻.

In neutraal water wordt O₂ omgezet in OH⁻. Wat is de halfreactie?

A

O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ → 2 H₂O

B

O₂ + 2 H₂O → 4 OH⁻ + 4 e⁻

C

O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻

D

O₂ + 4 e⁻ → 2 O²⁻

Syllabus R1.12. Goed: links 4 O, 4 H en lading 4−; rechts 4 O, 4 H en lading 4−. De tweede optie klopt ook maar is voor zuur milieu. De derde optie heeft de elektronen aan de verkeerde kant. De vierde optie klopt op atomen en lading maar er is geen O²⁻ in water. Verwachte fout: de optie met H⁺ kiezen.

Permanganaatoplossingen, links verdund (foto: Leiem, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Vraagtype 3: totaalvergelijking en rekenen

• Gegeven: MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O en SO₃²⁻ + H₂O → SO₄²⁻ + 2 H⁺ + 2 e⁻.

• Titratie: 20,0 mL Fe²⁺-oplossing verbruikt 12,4 mL 0,0200 mol L⁻¹ MnO₄⁻-oplossing.

• Totaalvergelijking van die titratie: MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 Fe²⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O + 5 Fe³⁺.

Image credit: Leiem / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Wat is de totaalvergelijking van MnO₄⁻ met SO₃²⁻?

A

2 MnO₄⁻ + 5 SO₃²⁻ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 SO₄²⁻ + 3 H₂O

B

MnO₄⁻ + SO₃²⁻ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + SO₄²⁻ + 4 H₂O

C

5 MnO₄⁻ + 2 SO₃²⁻ + 6 H⁺ → 5 Mn²⁺ + 2 SO₄²⁻ + 3 H₂O

D

2 MnO₄⁻ + 5 SO₃²⁻ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 SO₄²⁻ + 6 H₂O

Syllabus R1.13. Het kleinste gemeenschappelijke veelvoud van 5 en 2 is 10: 2 × de oxidator-halfreactie en 5 × de reductor-halfreactie. Optellen: 2 MnO₄⁻ + 16 H⁺ + 10 e⁻ + 5 SO₃²⁻ + 5 H₂O → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O + 5 SO₄²⁻ + 10 H⁺ + 10 e⁻. Wegstrepen: de e⁻ vallen weg, H⁺ wordt 16 − 10 = 6 links, H₂O wordt 8 − 5 = 3 rechts. Controle: links 2 Mn, 23 O (2 × 4 + 5 × 3), 6 H en lading 2− + 10− + 6+ = 6−; rechts 2 Mn, 23 O (5 × 4 + 3), 6 H en lading 4+ + 10− = 6−. Verwachte fouten: de elektronen niet gelijk maken (optie 2), de coëfficiënten omdraaien (optie 3) en H₂O niet goed wegstrepen (optie 4).

Bereken [Fe²⁺] in mol L⁻¹ (titratie hierboven).

Syllabus R1.13 met rekenen. Stap 1: n(MnO₄⁻) = 12,4·10⁻³ L × 0,0200 mol L⁻¹ = 2,48·10⁻⁴ mol. Stap 2: molverhouding 1 : 5, dus n(Fe²⁺) = 5 × 2,48·10⁻⁴ = 1,24·10⁻³ mol. Stap 3: [Fe²⁺] = 1,24·10⁻³ mol / 20,0·10⁻³ L = 0,0620 mol L⁻¹. Afronding: drie significante cijfers, zoals de gegevens. Verwachte fout: de molverhouding 1 : 1 gebruiken (0,0124 mol L⁻¹).

Zinkanode onder een scheepsromp (foto: Rémi Kaupp, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Vraagtype 4: corrosie verklaren

• Gegeven V⁰: Sn²⁺/Sn −0,14 V, Fe²⁺/Fe −0,44 V, Cu²⁺/Cu +0,34 V, Zn²⁺/Zn −0,76 V.

• Staal bestaat vooral uit ijzer. Corrosie vindt plaats met O₂ en H₂O als oxidatoren.

Image credit: Rémi Kaupp / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Tinlaag op blik beschadigd (Sn²⁺/Sn −0,14 V, Fe²⁺/Fe −0,44 V). Wat gebeurt er?

A

Sn corrodeert, want Sn heeft een hogere V⁰ dan Fe

B

Fe blijft heel, want de tinlaag beschermt nog steeds

C

Er gebeurt niets, want beide metalen zijn onedel

D

Fe corrodeert, want Fe heeft een lagere V⁰ dan Sn

Syllabus M4.1 en M5.1. Fe (−0,44 V) is een sterkere reductor dan Sn (−0,14 V), dus Fe wordt aangetast zodra het vrijligt en in contact is met O₂ en H₂O. Een intacte tinlaag werkt als afsluitende laag; een beschadigde laag niet, en Sn beschermt Fe dan niet doordat Sn edeler is. Verwachte fout: denken dat de tinlaag het ijzer ook bij een kras blijft beschermen, zoals zink dat wel doet.

Stalen bout in koperplaat, zout water: wat roest?

Syllabus M4.1 en M5.1. Context: een stalen bout zit in een koperen plaat in zout water. Antwoord: het staal van de bout (ijzer). V⁰ van Fe²⁺/Fe (−0,44 V) is lager dan die van Cu²⁺/Cu (+0,34 V), dus Fe is de sterkere reductor en geeft elektronen af, terwijl koper niet corrodeert. Zout water geleidt beter en versnelt het. Verwachte fout: koper noemen omdat de plaat groter is.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

Verloopt de reactie met V⁰?

2

Halfreactie afleiden

3

Totaalvergelijking en rekenen

4

Corrosie verklaren

Gebruik de uitkomst om de laatste minuten te besteden aan het vraagtype dat de meeste leerlingen kiezen.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · REDOX · HALFREACTIES

Tips voor op het examen

• Controleer elke halfreactie en elke totaalvergelijking op atomen en op lading.

• Hoge V⁰ is sterke oxidator, lage V⁰ is sterke reductor: de reactie verloopt als oxidator-V⁰ hoger is dan reductor-V⁰.

• Maak eerst de atomen gelijk, dan O met H₂O, dan H met H⁺ (of OH⁻), dan de lading met e⁻.

• Bij een titratie: molverhouding uit de totaalvergelijking, eenheden omrekenen en op significante cijfers afronden.