Jak szybko przerabiać reakcję z wersji z H⁺ na wersję z H₃O⁺

Zapewne nie raz spotkałeś się z zadaniami podobnymi do poniższych:

Dopisz odpowiednie reagenty do poniższego zapisu tak, aby przedstawiał on poprawne równanie reakcji chemicznej. Pamiętaj o dobraniu współczynników stechiometrycznych.

Mg + H₃O⁺ →Mg²⁺ + ? + ?

Al + H₃O⁺ + ? → [Al(H₂O)₆]³⁺ + ?

Albo:

Dokończ poniższe równanie połówkowe utlenienia, pamiętając że reagenty znajdują się w środowisku obojętnym, a cały kontekst zadania dotyczy teorii Brønsteda:

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 2e^– + ?

Problem z nimi miałeś taki, że o ile dałbyś radę zapisać/dokończyć te reakcje z H⁺ („ha plusami”), o tyle stworzenie podobnego zapisu w wersji Brønstedowej, czyli z jonami H₃O⁺ zamiast H⁺, było już dla Ciebie nie lada wyzwaniem. A cała sprawa z tym związana jest banalnie prosta i można się tego nauczyć w sekund 5 🙂

Algorytm jest następujący:

Krok 1. Najpierw zapisz, dokończ lub uzupełnij te równania reakcji ze zwykłymi H⁺. Gdy w reakcji mają wystąpić jakieś akwakompleksy metali, na chwilę zastąp je uproszczonym symbolem kationu danego metalu. Wyglądałoby to tak:

Mg + H⁺ → Mg²⁺ + H₂

Al + H⁺ → Al³⁺ + H₂

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 2e^– + H⁺

Krok 2. Dobierz po obu stronach wszystkich równań reakcji odpowiednie współczynniki stechiometryczne, aby dla wszystkich równań reakcji było spełnione prawo zachowania masy i ładunku:

Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂

2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 2e^– + 2H⁺

Krok 3. Najpierw postaraj się utworzyć H₃O⁺, tam gdzie trzeba. Pamiętaj, że każdy jeden H⁺ może być „wychwycony” przez jedną cząsteczkę wody wiązaniem koordynacyjnym i utworzyć jeden kation H₃O⁺ (H⁺ + H₂O → H₃O⁺).

Dodaj więc do obu stron równania danej reakcji takie same ilości cząsteczek wody, aby wystarczyły do „przereagowania” i utworzenia ze wszystkimi występującymi w tej reakcji H⁺ („ha plusami”):

2H₂O + Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂ + 2H₂O

6H₂O + 2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂ + 6H₂O

2H₂O + SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 2e^– + 2H⁺ + 2H₂O

Krok 4. Po tej stronie równania reakcji, po której występuje taka sama ilość H₂O i H⁺, dokonaj zamiany tych drobin na taką samą liczbę kationów H₃O⁺, zgodnie z zależnością:

H⁺ + H₂O → H₃O⁺

Po tym kroku otrzymujemy:

Mg + 2H₃O⁺ → Mg²⁺ + H₂ + 2H₂O

2Al + 6H₃O⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂ + 6H₂O

2H₂O + SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 2e^– + 2H₃O⁺

Krok 5. Jeśli po tych czynnościach potrzebujesz jeszcze w pewnych reakcjach przerobić proste kationy metali na akwakompleksy, np. w reakcji drugiej trzeba przerobić Al³⁺ na kationy heksaakwaglinu, [Al(H₂O)₆]³⁺, to znowu do obu stron równania musimy dodać jednakową liczbę cząsteczek wody, aby po stronie, po której jest kation Al³⁺, można było utworzyć akwakompleksy.

W naszym przypadku w drugiej reakcji po prawej stronie są dwa kationy Al³⁺ i jest tam też już sześć cząsteczek wody. My musimy utworzyć dwa kationy [Al(H₂O)₆]³⁺. Potrzebujemy łącznie dwunastu cząsteczek wody po prawej stronie. Sześć już mamy. Potrzeba nam jeszcze kolejnych sześciu. Dodajemy więc do obu stron równania reakcji drugiej po sześć cząsteczek wody, otrzymując:

6H₂O + 2Al + 6H₃O⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂ + 6H₂O + 6H₂O

Po prawej zamieniamy 2Al³⁺ oraz w sumie 12H₂O na dwa kationy [Al(H₂O)₆]³⁺:

6H₂O + 2Al + 6H₃O⁺ → 2[Al(H₂O)₆]³⁺ + 3H₂

Ostatecznie, po kosmetycznych zmianach, mamy gotowe następujące trzy równania reakcji:

Mg + 2H₃O⁺ → Mg²⁺ + H₂ + 2H₂O
6H₂O + 2Al + 6H₃O⁺ → 2[Al(H₂O)₆]³⁺ + 3H₂
SO₃^2– + 3H₂O → SO₄^2– + 2e^– + 2H₃O⁺

Proste, prawda? 😊

Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Szybki sposób przerabiania równań reakcji z wersji z wersji z H⁺ na wersję z H₃O⁺”, https://chemiadlamaturzysty.pl/jak-szybko-przerabiac-reakcje-z-h-na-h3o/