Contoh penyelesaian: Keseimbangan Redoks

Kerjakan setiap contoh dengan menutup jawapan, mencubanya, kemudian menyemak kaedah anda. Setiap contoh menandakan kesilapan yang paling kerap menyebabkan kehilangan markah. Ini soalan asli dalam gaya SPM, bukan kertas tahun lepas.

Contoh 1, Menetapkan nombor pengoksidaan

Soalan. Tentukan nombor pengoksidaan mangan dalam ion permanganat, MnO₄⁻.

Penyelesaian. Oksigen ialah −2, dan terdapat empat atom oksigen, memberi 4 × (−2) = −8. Keseluruhan ion membawa cas −1, jadi nombor pengoksidaan mesti berjumlah −1. Katakan mangan ialah x: x + (−8) = −1, jadi x = +7. Mangan mempunyai nombor pengoksidaan +7 dalam MnO₄⁻.

Kesilapan lazim: menetapkan jumlah kepada 0 dan bukan kepada cas ion. Dalam ion poliatom, jumlahnya sama dengan cas ion, bukan sifar.

Contoh 2, Mengenal pasti agen pengoksidaan dan penurunan

Soalan. Dalam tindak balas antara magnesium dan asid hidroklorik cair, Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂, kenal pasti agen pengoksidaan dan agen penurunan.

Penyelesaian. Magnesium berubah dari 0 kepada +2, ia dioksidakan, jadi ia ialah agen penurunan. Hidrogen berubah dari +1 (dalam HCl) kepada 0 (dalam H₂), ia diturunkan, jadi ion hidrogen (asid itu) ialah agen pengoksidaan.

Kesilapan lazim: menamakan agen mengikut apa yang berlaku kepadanya. Spesies yang dioksidakan ialah agen penurunan; spesies yang diturunkan ialah agen pengoksidaan.

Contoh 3, Menulis setengah persamaan untuk penyesaran

Soalan. Rod zink dimasukkan ke dalam larutan kuprum(II) sulfat. Tulis setengah persamaan bagi setiap perubahan elektrod dan persamaan ion keseluruhan.

Penyelesaian. Pengoksidaan: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Penurunan: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Elektron seimbang (dua setiap satu), jadi persamaan ion keseluruhan ialah Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.

Kesilapan lazim: membiarkan elektron tidak seimbang semasa menggabungkan setengah. Darabkan supaya elektron yang hilang sama dengan elektron yang diterima sebelum menambah.

Contoh 4, Elektrolisis sebatian lebur

Soalan. Plumbum(II) bromida lebur dielektrolisiskan menggunakan elektrod karbon. Namakan hasil di setiap elektrod dan tulis setengah persamaan.

Penyelesaian. Hanya Pb²⁺ dan Br⁻ hadir. Di katod: Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb (plumbum kelabu terbentuk). Di anod: 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻ (wap bromin perang terbentuk).

Kesilapan lazim: menulis setengah persamaan air untuk sebatian lebur. Dalam elektrolit lebur tiada air, jadi hanya ion sebatian itu sendiri dinyahcas.

Contoh 5, Penyahcasan terpilih dalam larutan akueus

Soalan. Larutan natrium klorida cair dielektrolisiskan dengan elektrod karbon. Ramal dan terangkan hasil di setiap elektrod.

Penyelesaian. Ion hadir: Na⁺, H⁺, Cl⁻, OH⁻. Di katod, H⁺ dinyahcas menggantikan Na⁺ kerana hidrogen lebih rendah (kurang reaktif) dalam siri elektrokimia, memberi gas hidrogen: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂. Di anod, kerana klorida cair, OH⁻ dinyahcas menggantikan Cl⁻, memberi oksigen: 4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e⁻.

Kesilapan lazim: lupa bahawa kepekatan penting. Dengan klorida pekat, klorin akan dinyahcas di anod dan bukan oksigen.

Contoh 6, Kesan elektrod

Soalan. Larutan kuprum(II) sulfat dielektrolisiskan sekali dengan elektrod karbon dan sekali dengan elektrod kuprum. Nyatakan hasil anod dalam setiap kes.

Penyelesaian. Dengan elektrod karbon (lengai), OH⁻ dinyahcas dan gas oksigen dibebaskan di anod. Dengan elektrod kuprum (aktif), anod kuprum itu sendiri melarut, Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, jadi tiada gas terbentuk dan anod kehilangan jisim. Inilah prinsip di sebalik penyaduran dan penulenan kuprum.

Kesilapan lazim: memberi hasil anod yang sama untuk kedua-duanya. Jenis elektrod mengubah tindak balas anod.

Contoh 7, Terminal sel voltan

Soalan. Sel ringkas dibuat daripada magnesium dan kuprum dalam asid sulfurik cair. Nyatakan terminal negatif, arah aliran elektron, dan logam yang melarut.

Penyelesaian. Magnesium lebih reaktif, jadi ia ialah terminal negatif; ia dioksidakan dan melarut (Mg → Mg²⁺ + 2e⁻). Elektron mengalir melalui wayar luar dari magnesium ke kuprum. Kuprum, logam yang kurang reaktif, ialah terminal positif.

Kesilapan lazim: menamakan logam yang kurang reaktif sebagai negatif. Dalam sel voltan, logam yang lebih reaktif sentiasa terminal negatif.

Contoh 8, Memilih kaedah pengekstrakan

Soalan. Terangkan mengapa aluminium diekstrak dengan elektrolisis manakala ferum diekstrak menggunakan karbon.

Penyelesaian. Aluminium tinggi dalam siri kereaktifan dan memegang oksidanya terlalu kuat untuk karbon mengeluarkannya, jadi elektrolisis sebatian lebur digunakan. Ferum lebih rendah dalam siri, jadi karbon (agen penurunan yang lebih murah) cukup reaktif untuk menurunkan ferum oksida kepada ferum. Kedudukan dalam siri kereaktifan menentukan kaedahnya.

Kesilapan lazim: mengatakan karbon boleh mengekstrak sebarang logam. Karbon tidak boleh menurunkan oksida logam yang lebih reaktif daripadanya.

Contoh 9, Penyesaran halogen

Soalan. Air klorin ditambah ke dalam larutan kalium bromida dan campuran bertukar perang. Tulis dua setengah persamaan dan namakan bahan yang dioksidakan.

Penyelesaian. Penurunan: Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ (klorin menerima elektron). Pengoksidaan: 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻ (bromida hilang elektron, membentuk bromin perang yang mewarnakan campuran). Ion bromida dioksidakan, dan klorin ialah agen pengoksidaan kerana ia lebih reaktif daripada bromin.

Kesilapan lazim: menulis Br → Br⁻. Bromida bermula sebagai ion Br⁻ dan dioksidakan kepada Br₂; elektron keluar, bukan ditambah.

Contoh 10, Redoks daripada perubahan nombor pengoksidaan

Soalan. Dalam tindak balas 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃, tunjukkan bahawa ia tindak balas redoks dan kenal pasti apa yang dioksidakan.

Penyelesaian. Ferum naik dari +2 (dalam FeCl₂) kepada +3 (dalam FeCl₃), ia dioksidakan. Klorin turun dari 0 (dalam Cl₂) kepada −1 (dalam FeCl₃), ia diturunkan. Kerana satu unsur naik dan satu lagi turun, ia tindak balas redoks; ferum(II) dioksidakan dan klorin ialah agen pengoksidaan.

Kesilapan lazim: menyemak klorin sahaja dan terlepas perubahan pada ferum. Sentiasa jejak setiap unsur yang mengubah nombor pengoksidaan.

Menggunakan contoh ini

Perhatikan bahawa setiap jawapan sama ada menerapkan peraturan nombor pengoksidaan, mengimbangkan elektron dalam setengah persamaan, atau menjustifikasikan hasil menggunakan tiga faktor penyahcasan, tabiat yang dihargai oleh bab ini. Setelah kaedah terasa automatik, teruskan ke soalan latihan dan tanda diri anda dengan cara yang sama. Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak sama ada setengah persamaan anda seimbang dan tanda elektrod anda konsisten, iaitu tepatnya tempat markah diperoleh atau hilang dalam kertas bertulis Kimia SPM.

Dari kaedah kepada markah

Sepuluh contoh ini merentasi keseluruhan bab, dan bersama-sama ia melatih rangka kerja yang sama: tetapkan nombor pengoksidaan setiap unsur, kenal pasti yang naik dan yang turun, tulis setengah persamaan yang seimbang, dan bagi elektrolisis, gunakan tiga faktor penyahcasan untuk memilih hasil. Bagi soalan sel, mulakan dengan logam yang lebih reaktif sebagai terminal negatif dan ikut aliran elektron dari situ. Ulang contoh ini sehingga penaakulan menjadi automatik, kemudian uji diri anda dengan soalan latihan bab ini dan bandingkan langkah anda dengan penyelesaian di atas supaya setiap markah kaedah dituntut.