1. Halvcellsmetoden – basisk lösning

Ex.: Halvcellsmetoden, redoxformel och koncentration

1. Halvcellsmetoden

Används för basiska lösningar. $latex pH>7$. Kan uppta vätejoner, ge bort elektronpar.

1. Skriv obalanserad reaktionsformel i jonform
2. Skriv obalanserade halvcellsreaktioner
3. Fortsätt för varje halvcell med att:
   • a. Balansera allt utom O och H
   • b. Balansera O med $latex H_2O$
   • c. Balansera H med $latex H^+$
     • cI. Lägg till motsvarande mängd $latex OH^-$ på båda sidorna
     • cII. Gör vatten av $latex H^+$ och $latex OH^-$
   • d. Balansera laddningar med elektroner
4. Gör antalet elektroner lika på båda sidor
5. Sätt samman halvcellsreaktionerna
6. Ta bort lika ämne
7. Kontrollera massbalans och elektroneutralitet!

 

Exempel

Nedan följer exempel.

Ex.: Halvcellsmetoden

Hypoklorit reagerar med $latex Cr(OH)_4^-$ i basisk lösning varvid det bildas kromatjon och kloritjon. Skriv reaktionen!

Lösning

1. Skriv obalanserad reaktionsformel i jonform:
$latex ClO^-+Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+Cl^-$

2. Halvcellerna
Delar upp reaktionen i två delar.

Börjar med $latex ClO^- \not\to Cl^-$.

2a. Balansering av allt utom O och H. VL:HL nedan.

•  1:1.

2b. Balansering av O med $latex H_2O$.

• 1:o. Får: $latex ClO^- \not\to Cl^-+H_2O$.

2c. Balanserar H med $latex H^+$

• cI. Lägg till $latex H^+$. 0:2. Får $latex 2H^++ClO^- \not\to Cl^-+H_2O$.
• cII. Lägger till samma mängd (2) $latex OH^-$ på båda sidorna. $latex 2OH^-+2H^++ClO^- \not\to Cl^-+H_2O+2OH^-$.
• cIII. Gör vatten av $latex H^+$ och $latex OH^-$. $latex 2H_2O+ClO^- \not\to Cl^-+H_2O+2OH^-$.

2d. Balansera laddningar med elektroner

• -1:-3. Lägger in 2 elektroner VL. $latex 2e^-+ 2H_2O+ClO^- \not\to Cl^-+H_2O+2OH^-$.

Genomför (2) på halvcellen $latex Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}$.

2a. Balansering 1:1. Ok.

2b. O med $latex H_2O$. 4:4. Ok

2c. H med $latex H^+$
2cI. 4:0. $latex Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+4H^+$.
2cII. Samma mängd $latex OH^-$. $latex 4OH^-+Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+4H^++4OH^-$.
2cIII. Vatten av $latex H^+$ och $latex OH^-$. $latex 4OH^-+Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+4H_2O$.

2d. Samma laddningar. -5:-2. $latex 4OH^-+Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+4H_2O + 3e^-$.

Har nu alltså de två halvcellsreaktionerna:

• $latex 2e^-+ 2H_2O+ClO^- \not\to Cl^-+H_2O+2OH^-$(*)
• $latex 4OH^-+Cr(OH)_4^-\not\to CrO_4^{2-}+4H_2O + 3e^-$(**)

3. Gör antalet elektroner lika på båda sidor. Detta uppnås genom: 3(*) och 2(**):

• $latex 6e^-+ 6H_2O+3ClO^- \not\to 3Cl^-+3H_2O+6OH^-$
• $latex 8OH^-+2Cr(OH)_4^-\not\to 2CrO_4^{2-}+8H_2O + 6e^-$

4. Sätt samman halvcellsreaktionerna.

VL: $latex 6e^-+ 6H_2O+3ClO^- +8OH^-+2Cr(OH)_4^-\not\to$
HL: $latex 3Cl^- + 3H_2O + 6OH^- + 2CrO_4^{2-} + 8H_2O + 6e^-$

5. Ta bort lika ämnen

• $latex e^-$. 6:6. Behåll 0.
• $latex H_2O$. 6:3+8=6:11. Behåll 5 HL.
• $latex OH^-$. 8:6. Behåll 2 VL.
• Får: $latex 3ClO^- +2OH^-+2Cr(OH)_4^- \to 3Cl^- + 2CrO_4^{2-} + 5H_2O$

6. Kontrollera massbalans och elektroneutralitet!

• Cl. 3:3.
• O. 3+2+8:8+5=13:13. Ok
• H. 2+8:10=10:10. Ok
• Cr. 2:2. Ok
• Elektroneutralitet. (-)(3+2+2:3+4=7:7) Ok!

Ex.: Redoxformel och koncentration

För att bestämma sulfitjonkoncentrationen i ett avloppsvatten titrerades 25,00 ml prov med en 0,02237 mol/l $latex KMnO_4^-$ lösning (violett färg).
Då 31,46 ml tillsatts av kaliumpermanganatlösningen kvarstod den violetta färgen.
Skriv den balanserade redoxformeln (jonform) för reaktionen i sur lösning om sulfatjon och mangan(II)jon bildas och beräkna koncentrationen sulfitjoner i avloppsvattnet.

Lösning

1. Reaktionsformel

$latex 2MnO_4^-+5SO_3^{2-}+6H^+\to Mn^{2+}+5SO_4^{2-}+3H_2O$.

2. Stökiometri

$latex \frac{n_{MnO_4^-}}{2}=\frac{n_{SO_3^{2-}}}{5}$.

3. Beräkna antalet mol av $latex MnO_3^-$.

$latex n_{MnO_3^-}=31,46\cdot 10^{-3}\cdot 0,02237 \text{mol/l}=7,038\cdot 10^{-4} \text{mol}$.

4. Beräkna antalet mol $latex SO_4^{2-}$ per mol $latex MnO_4^2$

$latex n_{SO_4^{2-}}=\frac{5}{2}\cdot 7,038\cdot 10^{-4}=1,759\cdot 10^{-3}\text{mol}$.

5. Beräkna koncentrationen $latex SO_4^{2-} $ i provet.

$latex \left[SO_4^{2-}\right]=\frac{1,759\cdot 10^{-3}}{25\cdot 10^{-3}}=7,038\cdot 10^{-2}\text{mol/l}$.