Hoofdstuk 6: Redoxreacties en elektrochemie

Question 1

Wat zijn redoxreacties?

Answer 1

Redoxreacties zijn reacties waarbij overdracht van elektronen (e–) plaatsvindt. De reductor staat elektronen af, de oxidator neemt elektronen op.

Question 2

Noem een aantal voorbeelden van redoxreacties die vookomen in het dagelijks leven.

Answer 2

Verbrandingsreacties, het roesten van metalen, de fotosynthese en de ademhaling zijn allemaal voorbeelden van redoxreacties. Meestal gaat het om reacties met zuurstof uit de lucht die zonder twijfel de belangrijkste oxidator in het milieu is.

Question 3

Wat doet een reductor en wat doet een oxidator?

Answer 3

De oxidator neemt hierbij elektronen op en wordt daarbij gereduceerd; de reductor staat elektronen af en wordt geoxideerd.

Question 4

Vul in:

reductie =

oxidatie =

reductor =

oxidator =

Answer 4

reductie = elektronenopname;

oxidatie = elektronenafgifte;

reductor = deeltje dat elektronen kan afstaan, een elektronendonor;

oxidator = deeltje dat elektronen kan opnemen, een elektronenacceptor.

Question 5

Welke schrijwijze gebruiken we om de elektronenoverdracht bij redox reacties te verduidelijkingen?

Answer 5

Bij redoxreacties waarbij ionen ontstaan (of verdwijnen) kunnen we de elektronenoverdracht duidelijk laten zien door de reactievergelijking op te splitsen in twee halfvergelijkingen (die opgeteld weer de reactievergelijking opleveren).

Question 6

Zijn metalen oxidatoren of reductoren?

Answer 6

In een reactie staat een metaalatoom M altijd een of meer elektronen af aan een ander deeltje en wordt dus geoxideerd. Metalen zijn reductoren:

Question 7

In welke categorieen kunnen we metalen indelen op basis van hun reactie vermogen met zuurstof?

Answer 7

– Edele metalen zijn platina en goud. Deze metalen reageren niet met zuurstof.

– Halfedele metalen zijn zilver, kwik en koper. Deze metalen reageren moeilijk tot zeer moeilijk met zuurstof.

– Onedele metalen zijn ondermeer lood, tin, ijzer en zink. Zeer onedele metalen zijn aluminium, magnesium, natrium, calciu

Question 8

Hoe gaat een metaal in oplossing?

Answer 8

Bepaalde metalen lossen op in verdunde sterke zuren onder waterstofontwikkeling. Het oplossen van het metaal komt meestal neer op een reactie tussen metaalatomen en H⁺(aq)-ionen. Hiermee bedoelen we eigenlijk H₃O⁺(aq).

Question 9

Wat is koningswater? En waarom is het bijzonder?

Answer 9

‘koningswater’, een mengsel van geconcentreerd salpeterzuur en zoutzuur. Dit mengsel levert atomair chloor, dat in staat is om goud te oxideren en (ionair) in oplossing te houden

Question 10

Welke metalen reageren wel met H⁺(aq) en welke niet?

Answer 10

Onedele metalen reageren wel met H⁺(aq), de edele en halfedele metalen niet.

Question 11

Wat is de algemene reactievergelijking voor een willekurig metaal (M)?

Answer 11

In een reactie staat een metaalatoom altijd een of meer elektronen af aan een ander deeltje en wordt dus geoxideerd. Metalen zijn reductoren.

Question 12

Is halogeen een oxidator of een reductor? En halogenide-ionen?

Answer 12

Halogenen zijn sterke oxidatoren. Omgekeerd is een halogenide-ion in principe in staat een elektron af te staan en wordt dan geoxideerd. Maar halogenide-ionen zijn (erg) zwakke reductoren.

Question 13

Wat is een waterstof-brandstofcel?

Answer 13

Een waterstof-brandstofcel is een soort batterij waarin waterstof en zuurstof katalytisch met elkaar reageren tot water en waarbij de energie niet vrijkomt in de vorm van warmte, maar in de vorm van elektriciteit.

Question 14

Waarom is het begrip oxidatie-getal ingevoerd?

Answer 14

Om een systematische kwantitatieve beschrijving te kunnen geven van alle redoxreacties is het begrip oxidatiegetal ingevoerd

Question 15

Hoe kunnen we alle reacties tussen zuurstof en moluculaire stoffen classifiseren?

Answer 15

Dit zijn allemaal redoxreacties.

Question 16

Is de reactie 2H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l) een redoxreactie?

Answer 16

Question 17

Wat valt op als we verschillende O-verbindingen vergelijken zoals O2, CO2 en H2O

Answer 17

Vergelijk je de O-atomen in O2 met de O-atomen in CO2 en H2O, dan valt op te merken dat de atomen in O2 neutraal zijn, terwijl ze in CO2 en H2O een lading δ– hebben als gevolg van de polaire atoombinding. Het C-atoom in CH4 heeft een lading δ–, maar in CO2 een lading δ+.

Question 18

Wat is het oxidatie-getal?

Answer 18

. Het oxidatiegetal van een atoom in een molecuul of ion is de theoretische lading die we aan het atoom toekennen, als de elektronen van een polaire atoombinding geheel worden gerekend bij het meest elektronegatieve atoom.

Let op: Het oxidatiegetal is een denkbeeldige lading en is iets anders dan de formele lading!

Question 19

Het oxidatiegetal van een atoom in een verbinding stellen we vast volgens een aantal regels, wat is belangrijk omt e onthouden bij deze regels?

Answer 19

De regels moeten we in de aangegeven volgorde toepassen en de procedure moeten we stoppen zodra het oxidatiegetal is gevonden. Latere regels kunnen namelijk eerdere regels schijnbaar tegenspreken.

Question 20

Zijn alle reactiers waarbij elementen reageren of ontstaan redoxreacties?

Answer 20

Ja want, er vindt elektronenoverdracht plaats.

Question 21

Is de verbranding van koolstof een redox-reactie?

Answer 21

De oxidatiegetallen veranderen, het is een redoxreactie.

. Zuurstof is de oxidator (het oxidatiegetal neemt af) en koolstof is de reductor (het oxidatiegetal neemt toe).

Question 22

Ga na of de reactie van zwaveltrioxide met water tot zwavelzuur een redoxreactie is.

Answer 22

De oxidatiegetallen van alle atomen blijven ongewijzigd, het is dus geen redoxreactie.

Question 23

Wat is een geconjugeerde reductor en oxidator?

Answer 23

Door opname van elektronen gaat een oxidator over in een deeltje dat elektronen kan afstaan, dus een reductor. We spreken dan van een oxidator en zijn geconjugeerde reductor. Evenzo heeft elke reductor een geconjugeerde oxidator.

Question 24

De combinatie van oxidator (OX) en reductor (RED) die door elektronenoverdracht in elkaar overgaan noemen we een…

Answer 24

De combinatie van oxidator (OX) en reductor (RED) die door elektronenoverdracht in elkaar overgaan noemen we een redoxkoppel (algemene schrijfwijze: OX/RED).

Question 25

De meeste redoxreacties zijn reacties waarbij ionen ontstaan of verdwijnen (zie paragraaf 1). Deze reacties zijn samen te stellen uit twee redoxkoppels. Wat is hiervan de algemene redoxvergelijking?

Answer 25

. Bij het ene redoxkoppel verloopt de reactie naar rechts (reductiereactie) en bij het andere naar links (oxidatiereactie). Dat zijn dan de twee halfvergelijkingen die opgeteld de redoxvergelijking van het redoxevenwicht opleveren.

Question 26

Naarmate een metaal gemakkelijker reageert, staan de atomen … elektronen af, is het een sterkere reductor en is het metaal …. Omgekeerd zal een metaalion gemakkelijker een of meer elektronen opnemen naarmate het metaal … is. De oxidatie verloopt vlotter naarmate het metaal … is, de reductie verloopt vlotter naarmate het metaal … is.

Answer 26

Naarmate een metaal gemakkelijker reageert, staan de atomen gemakkelijker elektronen af, is het een sterkere reductor en is het metaal onedeler. Omgekeerd zal een metaalion gemakkelijker een of meer elektronen opnemen naarmate het metaal edeler is. De oxidatie verloopt vlotter naarmate het metaal onedeler is, de reductie verloopt vlotter naarmate het metaal edeler is.

Question 27

Hoe beinvloed V⁰ (elektrodepotentiaal) de sterkte van een oxidator en een reductor?

Answer 27

Voor oxidatoren geldt dat een hoge waarde van V⁰ overeenkomt met een grote oxidatorsterkte. Een grote reductorsterkte daarentegen correspondeert met een lage waarde van V⁰. Hoe hoger V⁰, hoe sterker de oxidator is en hoe zwakker zijn geconjugeerde reductor.

Question 28

Wat is de verdringingsreeks onder metalen?

Answer 28

Door het uitvoeren van goed gekozen experimenten kunnen we alle metalen in een volgorde van toenemende reductorsterkte (‘afnemende edelheid’) plaatsen. De omgekeerde volgorde geeft de toename van de oxidatorsterkte van de metaalionen. De reeks die we zo krijgen, noemen we ook wel verdringingsreeks.

Question 29

Hoe kunnen de overige delen in een reactie invloed uitoefenen op een redox-reactie?

Answer 29

Sommige deeltjes kunnen optreden als oxidator of als reductor. Welke reactie optreedt hangt af van de overige deeltjes in het reactiemengsel.

Question 30

En welke twee voorwaarden moet voldaan worden om een redox reactie te laten verlopen?

Answer 30

1 Er moet een oxidator (elektronenacceptor, OX) én een reductor (elektronendonor, RED) aanwezig zijn.

2 De oxidator vóór de reactie moet sterker zijn dan de oxidator die door de reactie ontstaat. Dit is gelijkwaardig met: de reductor voor de reactie moet sterker zijn dan de reductor die na de reactie ontstaat.

Question 31

Met behulp van de halfvergelijkingen uit BINAS-tabel 48 kunnen we de totaalvergelijking van een redoxreactie opstellen. Dit gaat volgens een vaste procedure. Bijvoorbeeld voor het reageren van koper met een oplossing van ijzer(III) chloride:

Hoe gaat deze vergelijking?

Answer 31

– Stel de OX en de RED vast en schrijf voor elk apart de halfvergelijking op:

– Maak het aantal elektronen gelijk: halfvergelijking van OX verdubbelen (overdracht van 2 elektronen).

– Tel de halfvergelijkingen op, vereenvoudig de reactie (elektronen vallen weg) en voeg toestandsaanduidingen toe:

2 Fe³⁺(aq) + Cu(s) → 2 Fe²⁺(aq) + Cu²⁺(aq)

Question 32

Het opstellen van vergelijkingen van redoxreacties uit halfvergelijkingen is ook mogelijk zonder gebruik te maken van BINAS-tabel 48. Dit is met name van belang voor halfvergelijkingen die niet in de tabel staan. Welke stappen volgen we hierbij?

Answer 32

– Stel het skelet op van de halfvergelijking en maak deze kloppend voor alle atomen anders dan O en H.

– Maak de zuurstofbalans kloppend met H2O-moleculen

– Maak de waterstofbalans kloppend met H+-ionen

– De materiaalbalans is nu in orde. Maak nu de ladingsbalans kloppend met elektronen

– Pas een zuur-basecorrectie toe (zie hierna), indien nodig. Dit kan nodig zijn als in de vergelijking H+-ionen voorkomen, terwijl de reactie in neutraal of basisch milieu plaatsvindt. In dit voorbeeld is geen correctie nodig omdat de reactie in zuur milieu plaatsvindt.

Question 33

Hoe passen we een zuur-basecorrectie toe aan een redox-reactie?

Answer 33

In neutraal of basisch milieu corrigeren we de halfvergelijking door bij het linker- en rechterlid van de vergelijking elk evenveel OH–-ionen op te tellen als er H+-ionen staan. Vervolgens levert vereenvoudiging de juiste halfvergelijking op.

Question 34

Een toename in het oxidatiegetal van de geoxideerde atomen moet overeenkomen met een … in het oxidatiegetal van de gereduceerde atomen

Answer 34

Een toename in het oxidatiegetal van de geoxideerde atomen moet overeenkomen met een afname in het oxidatiegetal van de gereduceerde atomen

Question 35

Hoe winnen we metalen uit erst met redox reacties?

Answer 35

Om het metaal uit het erts te bereiden moet het worden gereduceerd: dus van positief metaalion naar vrij metaal.