Szybki sposób przerabiania równań reakcji z wersji z H+ na wersję z H3O+

Autor: dr Waldemar Grzesiak

Korekta językowa: Tomasz Nowaczyk

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/

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:

SO32– + H2O SO42– + 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

SO32– + H2O SO42– + 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

SO32– + H2O SO42– + 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 + SO32– + H2O SO42– + 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 + SO32– + H2O SO42– + 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
SO32– + 3H2O SO42– + 2e + 2H3O+

Proste, prawda? 😊