บทท 16

ปฏกรยาไฟฟาเคม 1***************************************************************************************

ปฏกรยาไฟฟาเคม (Electrochemistry) เปนเรองราวทวาดวยการใชพลงงานทำาใหเกด การเปลยนแปลงทางเคม และวาดวยการเปลยนแปลงทางเคมแลวทำาใหเกดพลงงานไฟฟา กระบวนการทเกดขนดง

กลาวเปนสงทเกดขนตรงขามกน แตอาศยพนฐานในหลกการอนเดยวกน ปฏกรยาทเกยวของกบไฟฟาเคม เรยกวา ปฏกรยาไฟฟาเคม

ปฏกรยาไฟฟาเคม (Electrochemical reaction) เปนปฏกรยาเคมทเกยวกบ การถายโอนอเลกตรอน โดยเปลยนแปลงพลงงานเคมเปนพลงงานไฟฟา แลวทำาใหเกดกระแสไฟฟา เชน การ

เปลยนแปลงทเกดขนในเซลลถายไฟฉาย แบตเตอรรรถยนต นอกจากนนยงสามารถเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปน พลงงานเคม คอ ผานกระแสไฟฟาลงไปในสารตาง ๆ แลวทำาใหเกดปฏกรยาเคม เชน การชบโลหะดวยไฟฟา การแยก

นำาดวยไฟฟา ปฏกรยาเคมทมการถายโอนอเลกตรอน เรยกวา ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction)

16.1 ปฏกรยาเคมกบการถายโอนอเลกตรอน16.1.1 ความหมายและการหาเลขออกซเดชน

เลขออกซเดชน (Oxidation number หรอ Oxidation state) ยอวา ON. คอ คาประจไฟฟาทสมมตขนของไอออนหรออะตอมของธาต โดยคดจากจำานวนอเลกตรอนทใหหรอ

รบหรอใชรวมกบอะตอมของธาตตามทกำาหนดขนสารประกอบไอออนก คาเลขออกซเดชนของธาตกำาหนดจากจำานวนอเลกตรอนทใหหรอรบ โดยกำาหนดธาตท

ใหอเลกตรอนจะมเลขออกซเดชนเปนบวก และมคาเทากบจำานวนอเลกตรอนทให และธาตทรบอเลกตรอนจะมเลข

ออกซเดชนเปนลบ และมคาเทากบจำานวนอเลกตรอนทรบ เชน CaCl2 มสตรโครงสรางแบบจดดงนCl Ca2+ Cl- -

ON = -1ON = +2 ON = -1

สวนสารโคเวเลนต คาเลขออกซเดชนของธาตทกำาหนดจากจำานวนอเลกตรอนทใชในการรวมพนธะกบ อะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตตางกน โดยกำาหนดใหธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตมากมคาเลขอออกซเดช

นเแปน ลบ และมคาเทากบจำานวนอเลกตรอนทใชในการรวมพนธะ เชน H2O มสตรโครงสรางแบบจดดงนHOH

ON = -2ON = +1ON = +1

กฎสำาหรบใชกำาหนดเลขออกซเดชน ดงน

1. ธาตอสระทกชนด มเลขอออกซเดชนเทากบ ศนย เชน Ca0 O20 S8

0 Si0

2. เลขออกซเดชนของธาต เทากบประจของไอออนของธาตนน เชน Na+ ม ON = +1 , Ca2+ ม ON = +2 , Cl- ม ON = -1 , และ O2- ม ON = -2

3. ฟลออรน เปนธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงสด ในสารประกอบทกชนด ฟลออรนจะมเลข

ออกซเดชนเทากบ -1 เชน Ba2F HF BaSiF6 BrF4. ออกซเจน ในสารประกอบมเลขอออกซเดชนเทากบ -2 ยกเวน ออกเดชนในออกไซดบาง

ชนดทออกซเจนจะมเลขอออกซเดชนเปนอยางอน เชน ในเปอรออกไซด ออกซเจนมเลขออกซเดชน = -1 ใน ซปเปอรออกไซด ออกซเจนมเลขออกซเดชน = -1/2 และในออกไซดของฟลออรน ออกซเจนมเลข

ออกซเดชนมเลขออกซเดชน = +2 สารประกอบทวไปทมออกซเจนเปนองคประกอบ เชน H2SO4 , Ca3(PO4) , H2O ,

CH3CH2OH เปอรออกไซด เชน H2O2 , Na2O2 , BaO2 ซปเปอรออกไซด เชน NaO2 , KO2 ออกไซดของฟลออรน เชน OF25. ไฮโดรเจนในสารประกอบมเลขออกซเดชนเทากบ +1 ยกเวน ไฮไดรดของโลหะ

( สารประกอบธาตทม H กบโลหะเปนองคประกอบรวมกน) ทไฮโดรเจนจะมเลขออกซเดชน = -1 สารประกอบทวไปทมไฮโดรเจนเปนองคประกอบ เชน NaHSO4 , CH4 , NH3 ไฮไดรดของโลหะ

เชน NaH , CaH26. ธาตในสารบางชนดมเลขออกซเดชนเพยงคาเดยว ตวอยาง

โลหะหม IA ในสารประกอบทกชนดมเลขออกซเดชนคาเดยวคอ +1 เชน NaCl, K2SO4

โลหะหม IIA ในสารประกอบทกชนดมเลขออกซเดชนคาเดยวคอ +2 เชน CaCO3, BaSO4

ธาตบางชนด ในสารประกอบมเลขออกซเดชนคาเดยว เชน ZnSO4 AgCl NaF Al2O3 (Zn = +2 , Ag = +1 , F = -1 , Al = +3)

7. ” ”ในสารประกอบทกชนดจะพบวา ผลรวมของเลขออกซเดชนของทกอะตอมของธาตเทากบศนย เชน KClO4 มผลรวมของเลขออกซเดชนเทากบ 0 ดงน

K+1 Cl+7 O44(-2) จะได (+1) + (+7) + (4 x -2) =

08. “ในไอออนของกลมอะตอมของธาตจะพบวา ผลรวมของเลขออกซเดชนของทกอะตอมเทากบ

” ประจของไอออนนน เชน P2O74- มผลรวมของเลขออกซเดชนของทกอะตอมเทากบ -4 ดงน

2P + 7O = -42(+5) + 7(-2) = -4

การหาเลขออกซเดชนของธาตในสารประกอบ

ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในสารประกอบ = 0

ตวอยาง จงหาเลขออกซเดชนของธาต S ในสารประกอบ H2S , H2SO4 , H2S2O3 วธทำา ใหเลขออกซเดชนของ S ในทกสารประกอบ = X

กฎ ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในสารประกอบ = 0H2S 2(H) + (X) = 0

2(+1) + X = 0X = -2

H2SO4 2(H) + X + 4(O) = 02(+1) + X + 4(-2) = 0

X = +6H2S2O3 2(H) + 2X + 3(O) = 0

2(+1) + 2X + 3(-2) = 0X = +2

ตวอยาง จงหาเลขออกซเดชนของธาตทรานซชนในสารประกอบตอไปนFe(ClO4)3 , K2Cr2O7 , Ni(H2O)4Cl2

วธทำา ใหเลขออกซเดชนของธาตทรานซชน = Xกฎ ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในสารประกอบ = 0Fe(ClO4)3 X + (-1 x 3 ) = 0 เนองจาก (ClO4

-1) ม ประจเปน -1

X = +3K2Cr2O7 2(+1) + 2(X) + 7(-2) = 0

X = +6Ni(H2O)4Cl2 X + (0 x 4) + (-1 x 2) = 0 เนองจาก

H2O มประจรวมเปนศนยX = +2

การหาเลขออกซเดชนของธาตในไอออน

ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในไอออน = ประจของไอออน

ตวอยาง จงหาเลขออกซเดชนของธาต N ใน NH4+

, NO2- , NO3

-

วธทำา ใหเลขออกซเดชนของ N ในไอออนทกชนด = X

ใชกฎ ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในไอออน = ประจของไอออนNH4

+ X + 4(+1) = +1X = -3

NO2- X + 2(-2) = -1

X = +3NO3

- X + 3(-2) = -1X = +5

ตวอยาง จงหาเลขออกซเดชนของธาตทรานซชนในไอออนตอไปนTiO2+ , MnO4

2- , CrO42- , ZnO2

2-

วธทำา ใหเลขออกซเดชนของธาตทรานซชน = Xใชกฎ ผลรวมของเลขออกซเดชนทกอะตอมของธาตในไอออน = ประจของไอออน

TiO2+ X + (-2) = +2 X = +4

MnO42- X + 4(-2) = -2 X = +6

CrO42- X + 4(-2) = -2

X = +6ZnO2

2- X + 2(-2) = -2 X = +2

แบบทดสอบท 16.11. จงหาเลขออกซเดชนของเหลกในสารประกอบตอไปน

1.1K2FeO41.2K4Fe(CN)61.3FeF6

3-

1.4Fe(CO)42-

1.5Fe(H2O)62+

1.6Fe(CO)51.7FeO4

3-

1.8Ba2FeO4

2. จงหาเลขออกซเดชนของธาตในสารประกอบดงน2.1 P ใน PCl3 , P4O6 , HPO3 , POCl3 , H3PO3 ,

POCl3 , H4P2O7 , Mg3(PO4)2

2.2 Cl ใน Cl2 , HCl , HClO , HClO2 , HClO3 , Cl2O7 , Ca(ClO4)2 , NaClO3

2.3 Mn ใน MnO , MnO2 , Mn(OH)2 , KMnO4 , Mn2O7

3. จงหาเลขออกซเดชนของธาตในไอออนดงน3.1 Cr ใน CrO2

- , Cr(OH)4- , CrO4

2- , Cr2O72-

3.2 B ใน BO2- , BO3

3- , B4O72-

3.3 N ใน N3- , N3- , NH4

+

3.4 Br ใน Br- , BrO- , BrO3- , BrO4

-

เฉลยแบบทดสอบท 16.1 ขอ 1

1.1 +6 1.2 +2 1.3 +3 1.4 -21.5 +2 1.6 0 1.7 +5 1.8 +4

ขอ 2 ขอ 2.1 +3 +3 +5 +5 +3 +5 +5 +5 ขอ 2.2 0 -1 +1 +3 +5 +7 +7 +5 ขอ 2.3 +2 +4 +2 +7 +7

ขอ 3 ขอ 3.1 +3 +3 +6 +6 ขอ 3.2 +3 +3 +3 ขอ 3.3 -3 -1/3 -3 ขอ 3.4 -1 +1 +5 +7

16.1.2 ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายบางชนดการทดลองปฏกรยาระหวางโลหะกบไอออนของโลหะบางชนด

การทดลองท 1 จมแผน Zn ลงในสารละลาย CuSO4 (สฟา) สกครหนงจะเกดสารสนำาตาล แดงมาเกาะรอบแผน Zn และจะพบวาสารละลายสฟาจางลง สวนแผน Zn สกรอนไป

รป 16.1 ปฏกรยาการถายโอนอเลกตรอนโดยจมแผน Zn ลงในสารละลาย CuSO4 จะเกดการ เปลยนแปลงโดย Zn สกกรอน เกดสารสนำาตาลแดง และสฟาจางลง

อธบาย ในสารละลาย CuSO4 สฟาเกดจาก Cu2+ ดงนนเมอสฟาจางลงแสดงวา Cu2+ ม ปรมาณลดลง ในขณะเดยวกนนนกเกดสารสนำาตาลแดงของ Cu มาเกาะแผน Zn เกดปฏกรยาคอ Cu2+

รบอเลกตรอนกลายเปน Cu ดงนCu2+ (aq) + 2e- Cu (s)

สวนแผน Zn สกกรอน โดยใหอเลกตรอนแก Cu2+ กลายเปน Zn2+ เกดปฏกรยาดงนZn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+(aq) + Cu (s)

จากการทดลองท 1 สรปไดวา เกดการเปลยนแปลงทางเคมขน โดยมการถายโอนอเลกตรอน (มการใหและรบอเลกตรอน) ระหวางโลหะ Zn กบไอออนของโลหะ คอ Cu2+ ในปฏกรยา

การทดลองเพมเตม ถาจมแผน Cu ลงในสารละลาย ZnSO4 จะไมพบการเปลยนแปลงใด ๆ เกด ขน แสดงวาไมเกดปฏกรยา นนคอ ไมมการถายโอนอเลกตรอนเกดขน

การทดลองท 2 จมแผน Cu ลงในสารละลาย AgNO3 ซงไมมส สกครหนงจะพบวามสารเขามาเกาะ

แผน Cu และสารละลายมสฟาเกดขน สวนแผน Cu สกกรอนอธบาย ในสารละลาย AgNO3 ไมมส เมอทำาการทดลองดงกลาวจะเกดสารสฟา คอ Cu2+ ขนใน

สารละลาย และ ชน Cu สกกรอนแสดงวา ใหอเลกตรอนแก Ag+ กลายเปน Cu2+ สวน Ag+

รบอเลกตรอนแลวเกด Ag ดงสมการของปฏกรยาดงนCu(s) Cu2+ (aq) + 2e-

2Ag+ (aq) + 2e- 2Ag (s)Cu (s) + 2Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag(s)

จากการทดลองท 2 สรปไดวา เกดการเปลยนแปลงทางเคม โดยมการถายโอนอเลกตรอนระหวางโลหะ Cu กบไอออนของโลหะ Ag+ ขนในปฏกรยา

ในทางตรงขาม ถาทดลองเพมเตมโดยจมแผน Ag ลงในสารละลาย CuSO4 จะไมพบการ เปลยนแปลงใด ๆ เกดขน แสดงวาไมเกดไมเกดปฏกรยาเคม นนคอ ไมมการถายโอนอเลกตรอนเกดขน

จากการทดลองท 1 และท 2 สามารถสรปรวม ๆ วาปฏกรยาทเกดขนระหวางโลหะกบไอออนของโลหะจะตองมการถายโอนอเลกตรอนเสมอ

ถาพจารณาการทดลองท 1 จะพบวาแผน Zn ใน CuSO4 (aq) เกดปฏกรยาเคมโดย Cu2+ รบอเลกตรอน และ Zn เสยอเลกตรอนและแผน Cu ใน ZnSO4 (aq) ไมเกด

ปฏกรยาเคม แสดงวา Zn2+ รบอเลกตรอนของ Cu ไมได ดงนน จงสรปไดวา Cu2+ รบอเลกตรอน ไดดกวา Zn2+

ในทำานองเดยวกน การทดลองท 2 สรปไดวา Ag+ รบอเลกตรอนไดดกวา Cu2+ จากการทดลองท 1 และท 2 สามารถเรยงลำาดบความสามารถในการรบอเลกตรอนของไอออนโลหะได

ดงน

Ag+ > Cu2+ > Zn2+

เมอทำาการทดลองเพมเตม แลวนำามาเขยนเปนตารางโดยจดเรยงลำาดบความสามารถในการรบ (ชง) อเลกตรอนของไอออนของโลหะตาง ๆ และการใหอเลกตรอนของโลหะตาง ๆ ไดดงน

ตารางท 16.1 ลำาดบความสามารถในการเสยและรบอเลกตรอนของโลหะและไอออนของโลหะยาก

งาย

โลหะ

AuPtPdHgAgCuPbSnNiCoCdFeCrZnMnAlMgNaCaSrBaK

ไอออนของโลหะ

Au3+

Pt2+

Pd2+

Hg2+

Ag+

Cu2+

Pb2+

Sn2+

Ni2+

Co2+

Cd2+

Fe2+

Cr3+

Zn2+

Mn2+

Al3+

Mg2+

Na+

Ca2+

Sr2+

Ba2+

K+

งาย

ยาก

จากตารางท 16.1 สรปไดวา1. ความสามารถในการเสยอเลกตรอนของโลหะตางชนดกน ไมเทากน เชน Zn เสยอเลกตรอนไดงาย

กวา Cu2. ความสามารถในการรบ (ชง) อเลกตรอนของไอออนของโลหะตางชนดกนจะไมเทากน เชน Ag+

รบอเลกตรอนไดดกวา Cu2+

3. ความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของสารเปนสมบตเฉพาะของสารนน4. โลหะใดเสยอเลกตรอนไดงาย ไอออนของโลหะนนจะรบอเลกตรอนยาก และโลหะใดเสยอเลกตรอนยาก

ไอออนของโลหะนนจะรบอเลกตรอนไดงาย เชน Cu2+ รบอเลกตรอนงายกวา Zn2+ ในทางตรงขาม Cu จะเสยอเลกตรอนยากกวา Zn

5. การรบอเลกตรอน ถาเปนโลหะจะอยในรปไอออนบวกของโลหะ หรอถาเปนอโลหะจะอยในรปธาตอสระ เชน

Cu2+ (aq) + 2e- CuAg+ (aq) + e- AgCl2 (g) + 2e- 2Cl- (g)

ยกเวน2H+ (aq) +2e- H2 (g) ไฮโดรเจนเปนธาตอโลหะจะรบอเลกตรอน จะอยในรปไอออนบวก

สำาหรบการใหอเลกตรอน ถาเปนโลหะจะอยในรปธาตอสระ หรอ ถาเปนอโลหะจะอยในรปไอออนลบของอโลหะ เชน

Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e-

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-

2Cl- (aq) Cl2 (g) + 2e-

ยกเวน H2 (g) 2H+ (aq) + 2e- ไฮโดรเจนเปนธาตอโลหะจะใหอเลกตรอน จะอยในรปธาตอสระ

ตวอยาง A B C และ D เปนโลหะทเกดไอออนทมประจ +2 หมด จากการทดลองไดขอมลดงน

1. จมโลหะ A ลงในสารละลายทม B2+ จะพบวาไมเหนการเปลยนแปลง2. จมโลหะ C ลงในสารละลาย D2+ เกดโลหะ D เกาะรอบ ๆ โลหะ C3. จมโลหะ D ลงในสารละลาย B2+ เกดโลหะ B เกาะรอบ ๆ โลหะ D

จากขอมลขางตน จงตอบคำาถามตอไปน

ก. จงเรยงลำาดบความสามารถในการรบอเลกตรอนของไอออนบวกของโลหะจากมากไปนอยข. จงเรยงลำาดบความสามารถในการใหอเลกตรอนของโลหะจากมากไปนอยค. ถาจมโลหะ A ลงในสารละลายทม C2+ จะเกดการเปลยนแปลงหรอไม ถาเกดใหเขยนสมการ

แสดงปฏกรยา และถาไมเกดใหบอกเหตผลดวยวาเพราะเหตใด ?วธทำา

ก. จากการวเคราะห ขอ 1. A + B2+ ไมเกดปฏกรยา แสดงวา B2+ รบอเลกตรอนของ โลหะ A ไมไดในทางกลบกน A2+ จะรบอเลกตรอนของ B ได สรปวา A2+ รบอเลกตรอนไดดกวา

B2+

จากขอ 2. C + D2+ C2+ + D แสดงวา D2+ รบอเลกตรอนของโลหะ

C ได แสดงวา D2+ รบอเลกตรอนไดดกวา C2+

จากขอ 3. D + B2+ D2+ + B แสดงวา B2+ รบอเลกตรอนของโลหะ D ได แสดงวา B2+ รบอเลกตรอนไดดกวา D2+

จากขอ 1 , 2 และ 3 สรปรวมโดยจดเรยงลำาดบความสามารถในการรบอเลกตรอนของไอออนบวกของโลหะจากมากไปนอยดงน

A2+ > B2+ > D2+ > C2+

ข. จากขอ ก. สามารถนำามาสรปในทำานองเดยวกน โดยจดเรยงลำาดบความสามารถในการใหอเลกตรอนของโลหะจากมากไปนอยดงน

C > D > B > A

ค. ถาจมโลหะ A ลงในสารละลายทม C2+ จะพบไมมการเปลยนแปลงใด ๆ เกดขนเพราะ C2+ ไมสามารถไปรบอเลกตรอนของ A ได เนองจาก A2+ รบอเลกตรอนดกวา C2+

แบบทดสอบท 16.2 1. โลหะ M จมในสารละลายคอปเปอร (II) ซลเฟต เกดสารสนำาตาลแดงเกาะทโลหะ M

สารละลายจะมสฟาจางลง และถาจมโลหะ M ลงในสารละลายซงคซลเฟต จะไมเหนการเปลยนแปลงจากขอมลทกำาหนดใหขางตนจงตอบคำาถามตอไปน

ก. จงเรยงลำาดบความสามารถในการรบอเลกตรอนของสารจากมากไปนอยข. จงเรยงลำาดบความสามารถในการใหอเลกตรอนของสารจากมากไปนอยค. สมการของปฏกรยา Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn2+

(aq) เกดขนหรอไม อธบาย

เฉลยแบบทดสอบท 16.2 ขอ 1 แนวคด

ก. จากการวเคราะหการทดลอง จะไดวา Cu2+ รบอเลกตรอนไดดกวา M ไอออน และ M ไอออน รบอเลกตรอนไดดกวา Zn2+ สรปการจดเรยงำาดบความสามารถรบอเลกตรอนของสารจากมากไปนอย

คอ Cu2+ > M ไอออน > Zn2+

ข. ในทางตรงขามกบขอ ก. จะไดความสามารถในการใหอเลกตรอนของสารจากมากไปนอย คอ Zn > M > Cu

ค. จากสมการ คอ Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu(s) + Zn2+ (aq) ถาเกดแสดงวา Cu2+ รบอเลกตรอนของ Zn ได จากขอ ก. จะพบวา Cu2+ รบ

อเลกตรอนไดดกวา Zn2+ ดงนนสมการของปฏกรยาขางตนจงเกดได

16.1.3 ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction) คำาวา ปฏกรยารดอกซ เปนกระบวนการเผาไหม การเกดสนม และการหายใจ แตเดมนน หมายถง

ปฏกรยาทมการเกยวของกบออกซเจน และไฮโดรเจน ปจจบน ปฏกรยารดอกซ หมายถง ปฏกรยาทมการถายโอน อเลกตรอน เกดเปนพลงงานทางเคม แลวถกปลอยออกมาในรปพลงงานไฟฟา ซงสามารถพบในเซลลถานไฟฉาย

แบตเตอรรถยนต

Redox มาจากคำาวา Reduction + Oxidation ปฏกรยา Reduction (รดกชน) หมายถง ปฏกรยาทมการรบอเลกตรอน

ปฏกรยา Oxidation (ออกซเดชน) หมายถง ปฏกรยาทมการใหอเลกตรอน

ดงนน ปฏกรยารดอกซ ( รดกชน + ออกซเดชน) จงหมายถง ปฏกรยาทมการให และ รบอเลกตรอน หรอ ปฏกรยาทมการถายโอนอเลกตรอนจากสารหนงไปยงอกสารหนง นนเอง

รปท 16.2 Antceine Lawoisir (ค.ศ. 1743 - 1794) เปนบดาแหงเคมแผน ใหม ลาววซเยร เปนลกชายของเศรษฐ นกกฎหมาย เขาเปนบคคลแรกทอธบายปฏกรยารดอกซ จากการเผาไหม

ปฏกรยาเคมแบงโดยการใชการถายโอนอเลกตรอนเปนเกณฑ ม 2 ชนด คอ

1. ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction) ปฏกรยารดอซ หรอ ปฏกรยาออกซเดชน- รดกชน คอ ปฏกรยาทมการถายโอนอเลกตรอน หรอ เปน

ปฏกรยาทมการให และรบอเลกตรอน เชน

Cu2+(aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+(aq) eรบ -

eให -

eถายโอน-

เขยนแยกสมการไดดงน

0

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-

Cu2+(aq) + 2e- Cu (s ) จะเหนไดวา ปฏกรยาทมการถายโอนอเลกตรอนจะมเลขออกซเดชนเปลยนแปลง กลาวคอ สวนของสารทให

อเลกตรอน (e- ) จะมเลขออกซเดชนเพมขน และสวนของสารทรบอเลกตรอนจะมเลขออกซเดชนลดลงตวอยางปฏกรยารดอกซ

1. ปฏกรยาการรวมตว เชน

ธาต 1 + ธาต 2 สารประกอบเชน

2Mg (s) + O2 (g) 2MgO (s)2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)

สารประกอบ 1 + ธาต สารประกอบ 2

เชน 2FeCl2 (s) + Cl2 (g) 2FeCl3 (s)2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)ZnS (s) + 2O2(g) ZnSO4 (s)

2. ปฏกรยาการสลายตว

สารประกอบ สาร 1 + สาร 2 + ….

เชน NH4NO3 N2O (g) + 2H2O (g)2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)2KNO3 (s) 2KNO2 (s) + O2(g)(NH4)2Cr2O7 (s) N2 (g) + Cr2O3 (s) + 4H2O(g)

3. ปฏกรยาการแทนท เชน2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2(g)Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2(g)Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)H2 (g) + CuO (s) Cu (s) + H2O (g)Br2 (aq) + 2 NaI (aq) 2NaBr (aq) + I2 (aq)I2(aq) + H2S (aq) S (s) + 2HI (aq)

0

2. ปฏกรยานอนรดอกซ (Non-redox reaction) ปฏกรยานอนรดอกซ คอ ปฏกรยาทไมมการถายโอนอเลกตรอนหรอเปนปฏกรยาทไมมการใหและรบ

อเลกตรอนในปฏกรยานน เชน

NaOH (aq) + HCl NaCl (aq) + H2O (l ) จากสมการของปฏกรยาขางตน ไมมธาตใดเปลยนแปลงเลขออกซเดชนเลย แสดงวา ไมมธาตใหหรอรบ

อเลกตรอนเลย ปฏกรยานอนรดอกซมดงน

1. ปฏกรยาการรวมตวแลวเกดกรดหรอเบสหรอสารอน ๆ

ออกไซดของอโลหะ + H2O กรดSO4 (g) + H2O (l) H2SO3 (aq)CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq)

ออกไซดของโลหะ + H2O เบส

Na2O (s) + H2O (l) 2 NaOH (aq)CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (aq)

2. ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส

กรด + เบส เกลอ + H2O

HCl (aq) + NH3 (g) NH4 (s)SO2 (aq) + 2NaOH (aq) Na2SO3 (aq) + H2O

(l)HNO3 (aq) + KOH (aq) KNO3 (aq) + H2O

(l)

3. ปฏกรยาการสลายตว เชน

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)NH4Cl (s) NH3 (g) + HCl (g)2NaHSO3 (s) Na2SO3 (s) + H2O (l) + SO2 (g)(NH4)2S (s) 2NH3 (g) + H2S (g)

4. ปฏกรยาการแทนท เชน

CaCO3 (s) + SiO2 (s) CaSiO3 (l) + CO2 (g)2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 (s) 6CaSiO3 (s) + P4O10

(g)

+1 -2 +1

+1 -1

+1 -2

[Cu(H2O)4]2+ (aq) + 4NH3 (g) [Cu(NH3)4]2+ (aq) + 4H2O (l)

5. Partner-exchange reactionNa2CO3 (s) + 2HCl(aq) 2NaCl (aq) + CO2

(g) + H2O (l)K2SO3 (s) + 2HCl (aq) 2KCl (aq) + SO2 (g)

+ H2O (l)NaCl (s) + H2SO4 (conc) NaHSO4 (s) + HCl

(aq)Mg3(BO3)2 + 6HCl (aq) 3MgCl2 (aq) +

2H3BO3 (aq)BCl3 (l) + 3H2O (l) H3BO3 (aq) + 3HCl (aq)

รปท 16.3 ใน ค.ศ. 1775 ลาววซเรไดรบการแตงตงจากรฐบาลฝรงเศสเปนผอำานวยการของโรงงานผลต ยทโธปกรณ ณ ทแหงน เขาไดทำาการทดลองปฏกรยาการเผผาไหมและการหายใจ

การพจารณาวาปฏกรยาใดเปนปฏกรยารดอกซและปฏกรยานอนรดอกซ

1. ปฏกรยารดอกซ จะมสารทใหอเลกตรอนและรบอเลกตรอนเทากนในสมการทดลแลว ดงนน สมการจงไมมอเลกตรอนแสดงอย เชน

Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn2+ (aq) e-

จากสมการ จะพบวา Zn 1 โมลใหอเลกตรอนแก Cu2+ 1 โมล พอดกน ไมมอเลกตรอนเหลอ หรอขาด ดงนน ในสมการจงไมมอเลกตรอนแสดงอย

2. ปฏกรยาทมธาตอสระรวมอยดวย ไมวาจะเปนสารตงตนหรอสารผลตภณฑ จะเปนปฏกรยาร ดอกซ เชน

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g )

Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g )

2KMnO4 (s) K2MnO4 (s) + MnO2 (s) + O2 (g)

3. สมการเคมทไมมอเลกตรอนแสดงอยในปฏกรยาทไมมสารใดเปนธาตอสระ จะพจารณาวา เปน ปฏกรยารดอกซหรอไม ตองตรวจสอบเลขออกซเดชนของธาตทรานซชนกอนวาเปลยนแปลงหรอไม ถาเปลยนเปน

ปฏกรยารดอกซ และถาไมเปลยนเลขออกซเดชน กตรวจเลขออกซเดชนของธาตทคอนไปทางขวาของตารางธาตวา เปลยนหรอไม ถาเปลยนกเปนปฏกรยารดอกซ และถาไมเปลยนเลขออกซเดชนกสรปวาไมเปนปฏกรยารดอกซ ส ำาหรบ

ถามธาตหม IA และ 2A ในรปสารประกอบไมตองตรวจเลขออกซเดชน เพราะไมเปลยน แตจะคงทเสมอ เชน ปฏกรยารดอกซ

2KMnO4 (aq) +10FeSO4 (aq) +8H2SO4(aq) K2SO4(aq)+2MnSO4(aq)+5Fe2(SO4)3(aq)+8H2O(l)ปฏกรยานอนรดอกซ

2CCl4 + K2CrO4 2COCl2 + CrO2Cl2 + 2KCl

4. ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส สวนมากเปนปฏกรยานอนรดอกซ เชน

H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l)HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O

(l)

5. ปฏกรยาชนด Double displacement สวนมากเปนปฏกรยานอนรดอกซ เชน

BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) BaSO4 (s) + 2NaCl (aq)

AgNO3 (aq) + KCl(aq) AgCl (s) + KNO3 (aq)

+4 -1

0

+1 +6 -2

0

+4 -2 -1

0

+6 -2 -1

0

+1 -1

0

+1

+1

+1

+2

+2

+6

+2

+7

+7

+2

+2

+3

รปท 16.4 ในสมยโบราณ คนงานญปนถลงแรทองแดง (ซงมกระบวนการรดอกซเกยวของดวย)

ตวออกซไดซและตวรดวซของสารในปฏกรยารดอกซ

ปฏกรยารดอกซ หรอปฏกรยาออกซเดชน- รดกชน เปนปฏกรยาทมการถายโอนอเลกตรอน หรอเปนปฏกรยา ทมเลขออกซเดชนของธาตเปลยนแปลง ซงเขยนแยกเปนสองสวนได และแตละสวนของปฏกรยามชอเรยกแตกตาง

กน ซงประกอบดวย 2 ปฏกรยาดงน ปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation Reaction) คอ ปฏกรยาทมการใหอเลกตรอน

เกดขน โดยเรยกสารทใหอเลกตรอนวา ตวรดวซ (Reducer หรอ Reducing agent) ปฏกรยารดกชน (Reduction reaction) คอ ปฏกรยาทมการรบอเลกตรอนเกด

ขน โดยเรยกสารทรบอเลกตรอนวา ตวออกซไดส (Oxidizing agent) การพจารณาปฏกรยาระหวางโลหะ Zn กบ Cu2+ ซงเขยนแทนดวยสมการ

ถายโอนe-

Zn (s) + Cu2+(aq) Zn2+ (aq) + Cu (s)

ให e-

รบ e-

ปฏกรยาทมการใหและรบอเลกตรอน เรยกวา ปฏกรยารดอกซ เขยนแยกเปนปฏกรยายอย ดงน

ปฏกรยาออกซเดชน Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- ……….. (1)

ปฏกรยารดกชน Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) ………. (2)

ปฏกรยาท 1 เปนปฏกรยาออกซเดชน เพราะมการใหอเลกตรอน โดยม Zn ใหอเลกตรอนเรยกวา ตวรดวซ

ปฏกรยาท 2 เปนปฏกรยารดกชน เพราะการรบอเลกตรอน โดยม Cu2+ รบอเลกตรอน เรยกวา ตวออกซไดซ

สรป ปฏกรยาระหวาง Zn กบ Cu2+ ดวยสมการดงน

Zn (s) + Cu2+(aq) Zn2+ (aq) + Cu (s)

ปฏกรยา ออกซเดชน

ปฏกรยารดกชน

ตวรดวซ ตวออกซไดส

การพจารณาปฏกรยาตาง ๆ ดวยแผนภาพสมการเคมดงตวอยางตอไปน

1.

2MnO4- + 6H+ + 5SO32- 2Mn2+ + 3H2O + 5SO42-+7 +4 +2 +6

ปฏกรยาออกซเดชนS4+ S6+ + 2e-

ปฏกรยารดกชนMn+7 + 5e- Mn2+ตวออกซไดซ ตวรดซ

MnO4- เปนตวออกซไดส จะไดวา MnO4

- ออกซไดซ SO32- แตถกรดวซโดย

SO32-

SO32- เปนตวรดวซ จะไดวา SO3

2- รดวซ MnO4- แตถกออกซไดสโดย

MnO4-

2.

6Cl2 (g) + 6Ba(OH)2 (aq) 5BaCl2 (aq) + Ba(ClO3)2 + 6H2O0 -1 +5

ปฏกรยารดกชนCl0 + e- Cl-ปฏกรยาออกซเดชนCl0 Cl+5 + 5e-

ตวออกซไดซและตวรดวซ

Cl2 เปนตวออกซไดส และตวรดวซ จะไดวา Cl2 ออกซไดส และรดวซ Cl2 ดวยกนเอง เรยกปฏกรยาแบบนวา Autoredox reaction หรอ Selfredox reaction

หรอ Disproportion reaction

3.

KClO3 (s) 2KCl(s) + 3O2 (g)+5-2 -1 0ปฏกรยารดกชน

ปฏกรยาออกซเดชนCl+5 + 6e- Cl-

O2- Oo + 2e-

KClO3 เปนทงตวออกซไดส และตวรดวซ เพราะ Cl มเลขออกซเดชนลดลง (รบอเลกตรอน) และ O มเลขออกซเดชนเพมขน (ใหอเลกตรอน) ปฏกรยานสารชนดเดยวกนถกทงออกซไดส

และถกรดวซ เรยก Autoredox reactionปฏกรยารดอกซอธบายโดยใชเลขออกซเดชน

ปฏกรยารดอกซ คอ ปฏกรยาทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน โดยมสวนหนงเลขออกซเดชนเพมขน (ใหอเลกตรอน) และอกสวนหนงเลขออกซเดชนลดลง (รบอเลกตรอน)

ปฏกรยารดอกซแบงออกเปน 2 สวนคอปฏกรยาออกซเดชน คอ ปฏกรยาทมเลขออกซเดชนเพมขน และเรยกสารทมเลขออกซเดชนเพมขนวา เปนตว

รดวสปฏกรยารดกชน คอ ปฏกรยาทมเลขออกซเดชนลดลง และเรยกสารทมเลขออกซเดชนลดลงวาเปนตวออกซ

ไดส

2Ag+ (aq) + Cu(s) 2Ag(s) + Cu2+ (aq)+1 0 0 +2

:เลขออกซเดชนลดลง ปฏกรยารดกชน : เลขออกซเดชนเพมขน ปฏกรยาออกซเดชน

ตวออกซไดซตวรดซ การพจารณาปฏกรยารดอกซ โดยใชเลขออกซเดชนจากปฏกรยาดงน

MnO2(s) + 2KBr(aq) + 2H2SO4(aq) MnSO4(aq)+ K2SO4(aq) + 2H2O(l) +Br2(l)+4 +1 +2 0

: เลขออกซเดชนเพมขน ปฏกรยาออกซเดชน :เลขออกซเดชนลดลง ปฏกรยารดกชน

ตวออกซไดซ ตวรดซ

จากตวอยางของปฏกรยารดอกซ พบวา ตวออกซไดส รบอเลกตรอนแลวเลขออกซเดชนลดลง และ ตวรดวซ ใหอเลกตรอนแลว เลขออกซเดชนเพมขน กำาหนดเลขออกซเดชนสงสด และตำาสดเปน +8 และ -4 ตาม

ลำาดบ แผนภาพงาย ๆ ตอไปนแสดงการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนในปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน

ปฏกรยาออกซเดชน

จำานวนอเลกตรอน ลดลง (ใหอเลกตรอน)

-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 เลขออกซเดชน ( ON )

จำานวนอเลกตรอน เพมขน (รบอเลกตรอน) เลขออกซเดชน ลดลง

ปฏกรยารดกชน

รปท 16.5 ปฏกรยาออกซเดชน หรอรดกชนของธาตทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนและเปลยนแปลงจำานวนอเลกตรอนตามทกำาหนดใหแกธาต

ตารางท 16.2 ตวออกซไดสบางชนดทควรทราบตวออกซไดส ผลของการเปลยนแปลง การเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

KMnO4 ในสารละลายกรด

KMnO4 ในสารละลายเบสหรอสารละลายทเปนกลาง

KMnO4 ในสารละลายเบสแก

MnO4- (aq)

Mn2+ (aq) สมวง ไมมส

MnO4- (aq)

MnO2 (s) สมวง ของแขงสดำา

MnO4- (aq)

MnO42- (aq)

+7 เปน +2

+7 เปน +4

+7 เปน +6

K2Cr2O7 ในสารละลายกรด

K2Cr2O7 ในสารละลายกรด

Cr2O72- (aq)

2Cr3+ (aq) สสม สเขยว

CrO42- (aq)

2Cr(OH)4- (aq)

สเหลอง สเขยว

+6 เปน +3

+6 เปน +3

MnO2 MnO2 (s) +5 เปน +4

NO2 (g)KClO3KClO

ClO3- (aq) Cl-

(aq)ClO- (aq) Cl- (aq)

+5 เปน -1+1 เปน -1

KIO3 IO3- (aq) ฝ I2

(s)+5 เปน 0

H2O2 ในสารละลายกรด H2O2 (aq) H2O (l)

-1 เปน -2

ตารางท 16.3 ตวรดวซบางชนดทควรทราบตวรดวซ ผลของการเปลยนแปลง การเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

โลหะ (M) M(s) Mn+

(aq)0 เปน n

คารบอน C (s) CO2 (g) 0 เปน +4CO CO (g) CO2

(g)+2 เปน +4

H2 H2 (g) 2H+

(aq)0 เปน +1

H2S S2- (aq) S (s) -2 เปน 0SO2 (g) / SO3

2-

(aq)SO3

2- (aq) SO4

2- (aq)+4 เปน +6

H2C2O4 C2O42- (aq)

2CO2 (aq)

+3 เปน +4

Na2S2O3 2S2O32- (aq)

S4O62- (aq)

+2 เปน +5/2

I- , Br- , Cl- (aq)

2X - (aq) X2 (g , l , s)

-1 เปน 0

เกลอ Fe (II) Fe2+ (aq) Fe3+ (aq)

+2 เปน +3

เกลอ Sn (II) Sn2+ (aq) Sn4+ (aq)

+2 เปน +4

H2O2 ในสารละลายกรด H2O2 (aq) O2 (g)

-1 เปน 0

จากตารางท 16.2 และ 16.3 สรปไดวา1. KMnO4 และ K2Cr2O7 เปนตวออกซไดสทแรง ไมวาจะอยในสารละลายกรดหรอเบส

เชน

ตวรดซตวออกซไดซ

:เลขออกซเดชนลดลง ปฏกรยารดกชน : เลขออกซเดชนเพมขน ปฏกรยาออกซเดชน

+3+2+72KMnO4(aq) + 10FeSO4(aq) + 8H2SO4(aq) K2SO4(aq)+ 2MnSO4(aq) + 2Fe2(SO4)3(aq) + 8H2O(l) +2

K2Cr2O7 (aq) + 14HCl(aq) 2KCl(aq) + 2CrCl3(aq) + 7H2O(l) + 3Cl2(g)+6 -1 +3 0ปฏกรยาออกซเดชน

ปฏกรยารดกชน

ตวออกซไดซ ตวรดซ2. H2O2 ในสารละลายกรด เปนตวออกซไดส หรอเปนตวรดวซกได ทงนขนอยกบสารททำาปฏกรยา

ดวย เชน

2Fe2+(aq) + H2O2(aq) + 2H+(aq) 2Fe3+(aq) + 2H2O(l)-1 -2

ปฏกรยารดกชน

ตวออกซไดซ

2MnO4-(aq) + 5H2O (aq) + 6H+(aq) 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) + 5O2(g)-1 0

ปฏกรยาออกซเดชนตวรดซ

3. ตวออกซไดส จะมเลขออกซเดชนลดลง ดงนน ถาสารใดมธาตทมเลขออกซเดชนสง แนวโนมของสาร

นนจะเปนตวออกซไดสดและแรง เชน KMnO4 , K2Cr2O7+7 +6

4. ตวรดวซ จะมเลขออกซเดชนเพมขน ดงนน ถาสารใดมธาตทมเลขออกซเดชนตำา แนวโนมของสารนน

จะเปนตวรดวซดและแรง เชน โลหะหม IA ทกตว Na K ไอออนลบของธาตหม 7A ไดแก I- , Br- , Cl-

MnO2(s) + 4HCl(conc) MnCl2(aq) + 2H2O(l) + Cl2(g)-1 0ปฏกรยาออกซเดชน

ตวรดซ

2Na(s) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2(g)0 +1

ตวรดซปฏกรยาออกซเดชน

ตารางท 16.4 ปฏกรยารดอกซเทอม การเปลยนแปลงอเลกตรอน การเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

ปฏกรยาออกซเดชนปฏกรยารดกชนตวออกซไดซตวรดวซสารทถกออกซไดสสารทถกรดวซ

ใหอเลกตรอนอเลกตรอนรบรบอเลกตรอนใหอเลกตรอนใหอเลกตรอนรบอเลกตรอน

เพมขนลดลงลดลงเพมขนเพมขนลดลง

ตวอยาง สมการของปฏกรยาในขอใดเปนปฏกรยารดอกซ อธบาย

ก. Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+

ข. Cl2 + 2OH- Cl- + ClO- + H2Oค. Ca2+ + 2F- CaF2ง. Ca + F2 CaF2จ. 2CCl4 + CrO4

2- 2COCl2 + CrO2Cl2 + 2Cl-ฉ. NH3 + H+ NH4

+วธทำา

ขอ ก ค. จ. ฉ. เปนปฏกรยานอนรดอกซ ไมมธาตใดเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

ขอ ข. เปนปฏกรยารดอกซ เพราะธาต Cl2 เปลยนแปลงเลขออกซเดชน ดงน

Cl2 + 2OH- Cl- + ClO- + H2O ขอ ง. เปนปฏกรยารดอกซ เพราะ Ca มเลขออกซเดชนเพมขน และ F2 มเลขออกซเดชนลดลง

ดงน

Ca + F2 CaF2

ตวอยาง จงพจารณาปฏกรยาตอไปน

6Fe2+ (aq) + Cr2O72- (aq) + 14H+ (aq) 6Fe3+

(aq) + 2Cr3+ (aq) + 7H2O (l)จงตอบคำาถาม

ก. สารใดถกออกซไดสข. สารใดถกรดวซค. สารใดเปนตวออกซไดสง. สารใดเปนตวรดวซ

วธทำา

6Fe2+(aq) + Cr2O72- (aq) + 14H+(aq) 6Fe3+(aq) + 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)+2 +6 +3 +3ปฏกรยาออกซเดชน

ปฏกรยารดกชนตวรดซตวออกซไดซ

ก. Fe2+ ถกออกซไดสข. Cr2O7

2- ถกรดวซค. Cr2O7

2- เปนตวออกซไดสง. Fe2+ เปนตวรดวซ

ตวอยาง กำาหนดสมการของปฏกรยารดอกซตอไปน แลวระบวาสารใดเปนตวออกซไดซ และตวรดวซ พรอมทงระบจำานวนเลขออกซเดชนทเปลยนแปลงดวย

ก. I2 (aq) + 2OH- (aq) I- (aq) + IO- (aq) + H2O (l)

ข. 2Cr2O72- + 16H+ (aq) 4Cr3+ (aq) + 3O2(g) +

8H2O (l)ค. 3Fe3+ (aq) + Al (s) 3Fe2+ (aq) + Al3+ (aq)ง. 6I- (aq) + BrO3

- (aq) + 6H+ (aq) 3I2 (aq) + Br- (aq) + 3H2O (l)

จ. 5Br- (aq) + BrO3- (aq) + 6H+ (aq) 3Br2 (aq)

+ O2 (g)

0 -1 +1

0 0 +2 -1

ฉ. XeF4 (s) + 2H2O (l) Xe (g) + 4HF (aq) + O2 (g)วธทำา

ก.I2(aq) + 2OH-(aq) I-(aq) + IO- (aq) + H2O (l)0 -1 +1

ON = (+1)-0 = 1ปฏกรยารดกชน เปลยน ON = (+1)-0 = 1ปฏกรยาออกซเดชน เปลยน

ตวออกซไดซ และตวรดวซข.

2Cr2O72-(aq) + 16H+(aq) 4Cr3+(aq) + 3O2(g) + 8H2O(l)+6-2 +3 0

ON = 0-(-2) = 2ปฏกรยาออกซเดชน เปลยน ON = (+6)-(+3) = 3ปฏกรยารดกชน เปลยน

ตวออกซไดซตวรดวซ

ค.

3Fe3+(aq) + Al(s) 3Fe2+(aq) + Al3+(aq)+3 0 +2 +3

ON = (+3)-(+2) = 1ปฏกรยารดกชน เปลยน ON = (+3)-0 = 3ปฏกรยาออกซเดชน เปลยน

ตวออกซไดซตวรดวซง.

6I-(aq) + BrO3-(aq) + 6H+(aq) 3I2(aq) + Br-(aq) + 3H2O(l)-1 +5 0 -1

ON = 0 -(-1) = 1ปฏกรยารดกชน เปลยน ON = (+5)-(-1) = 6ปฏกรยาออกซเดชน เปลยน

ตวออกซไดซตวรดวซฉ.

XeF4(s) + 2H2O(l) Xe(g) + 4HF(aq) + O2(g)+4 0-2 0 ON = 0-(-2) = 2ปฏกรยาออกซเดชน เปลยน

ON = +4 -0 = 4ปฏกรยารดกชน เปลยน

ตวรดวซตวออกซไดซ

16.1.4 ประโยชนของปฏกรยารดอกซ ในชวตประจำาวนของเรานนใชประโยชนของปฏกรยารดอกซมากดงเชน การลบรอยเปอนของสนมเหลก และใช

ในการทำาพมพเขยว

การลบรอยเปอนของสนมเหลก สนมเหลก เกดจากปฏกรยาระหวางเหลกกบออกซเจนและนำาดงน

2Fe (s) 2Fe2+ (aq) + 4e-

O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)ปฏกรยารวม; 2Fe (s) + O2 (g) + 2H2O (l) 2Fe2+ (aq)

+ 4OH- (aq)2Fe2+ (aq)+ 4OH- (aq) Fe(OH)2 (s)

(ไอรออน(II)ไฮดรอกไซด) และ Fe(OH)2 (s) จะทำาปฏกรยากบกาซ O2 เกดเปนผลกไอรออน (II) ออกไซด ซง

เปนสนมเหลกสนำาตาลดงน

4Fe(OH)2 (s) + O2 (g) 2H2O (l) + 2[Fe2O3 .H2O] (s)

สนมเหลกจงมสตรทวไปเปน Fe2O3 .nH2O นอกจากนนผลกไอรออน (II/III) ออกไซด ทมสตรเปน Fe3O4 .nH2O เปน Mixed basic Oxide แยกเขยนเปนสตรไดเปน

FeO. Fe2O3 . nH2O ซงเฉพาะสวนทเปน Fe2O3 .nH2O เปนสนมเหลก สวน FeO ไมเปนสนมเหลก ดงนน จงจดผลกไอรออน(II/III) ออกไซดเปนสนมเหลกชนดหนงดวย

เนองจาก Fe(OH)2 ทเกดขนเปนตนเหตของการเกดสนมเหลก ซงเปนรอยเปอนทลบออกยาก ดงนนถาตองการจะลบรอยเปอน ควรใชสารละลายกรดออกซาลก (H2C2O4) ซงเปนกรดอนทรยทม pH

= 4 - 5 กระบวนการของปฏกรยาตาง ๆ ทเกดขนดงน

H2C2O4 (aq) 2H+ (aq) + C2O42-

(aq)

สวนออกซาเลตไอออน (C2H42-) จะละลายรอยเปอนทเปนสนมเหลกเปนไอออนเชงซอน ดดยทำา

ปฏกรยากบ Fe3+ ในสนมเหลก ดงน

Fe2O3 . nH2O

Fe3+ (aq) + 3C2O42- (aq) [Fe(C2O4)3]3- (aq)

ไตรออกซาเลต (ไอรออนIII) ไอออน

รปท 16.5 โครงสรางของไตรออกซาเลตไอรออน (III) ไอออนการทำาพมพเขยว

พมพเขยว หรอ กระดาษพมพเขยว (Blue print) เปนกระดาษทใชในการอดสำาเนา ในการเขยนแบบ กอสราง มพนสนำาเงน ทำาไดดวยการนำากระดาษมาฉาบดวยสารละลายผสมระหวางโพแทสเซยมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต

(III) K3[Fe(CN)6 ] และแอมโมเนยมไอรออน (III) ซเตรต [(NH4)Fe(H2C6H5O7)4] เมอถกแสงซเตรตไอออน รดวซไอรออน (III) เปนไอรออน (II)

เกดสารสนำาเงนขนบนกระดาษ และสวนทไมถกแสงกระดาษกยงคงเปนสขาวเหมอนเดม แลวนำากระดาษทไดไปลางดวย นำาแลวทำาใหแหง จะไดกระดาษพมพเขยวตามตองการ

ปฏกรยาแสดงการทำาพมพเขยวเกดขนดงน

ขนท 1 K3Fe(CN)6 (aq) 3K+ (aq) + [Fe(CN)]63-

(aq) โพแทสเซยมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III)

ขนท2 (NH4)Fe(H2C6H5O7)4 (aq) NH4+ (aq) +

[Fe(H2C6H5O7)4]- (aq) แอมโมเนยมไอรออน(III) ซเตรต

ขนท 3 NH4+ (aq) + [Fe(CN)]6

3- (aq) (NH4)3Fe(CN)6 (aq)

แอมโมเนยมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) ขนท 4

[(H2C6H5O7)4Fe]- (aq) แสง Fe2+

(NH4)3Fe(CN)6

Fe3[Fe(CN)6]2พมพเขยว

(ไอรออน II) (เฮกซะไซยาโนเฟอเรต III)

แบบทดสอบท16.31. แผนภาพแสดงปฏกรยาตอไปน เปนปฏกรยาออกซเดชน หรอปฏกรยารดกชน หรอปฏกรยารดอกซ

1.1 SO32- H2SO4

1.2 Zn Zn(OH)42-

1.3 MoO3 MoO2I1.4 H2 2NaH1.5 O3 H2O1.6 CaF2 + K2SO4 + 4C CaS + 2KF + 4CO1.7 CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2Cl21.8 Ba(OH)2 BaO21.9 CuI CuSO4

หมายเหต สมการตงแตขอ 1.1 - 1.9 เขยนเฉพาะสวนทจะเนนถงเทานน

2. สารใดเปนตวออกซไดซ และสารใดเปนตวรดวซ ในปฏกรยาตอไปน

2.1 Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O2.2 MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O2.3 2K2Cr2O7 + 2H2O + 3S 3SO2 + 4KOH +

2Cr2O32.4 2Ca3(PO4)2 + 5C + 6SiO2 6CaSiO4 + P4

+ 5CO22.5 CaCO3 CaO + CO22.6 2KClO3 2KCl + 3O22.7 H2SO4 + KOH K2SO4 + 2H2O2.8 NH4NO2 N2 + 2H2O2.9 Mg2Si + 4HCl 2MgCl2 + SiH22.10 6KOH + 3Br2 5KBr + KBrO3 + 3H2O

3.สมการใดตอไปนเปนสมการของปฏกรยารดอกซ

3.1 LiAlH4 + 4H+ Li+ + Al3+ + 4H23.2 24Cu2S + 128H+ + 32NO3

- 48Cu2+ + 32NO + 3S8 + 64H2O

3.3 TiCl4 + 2H2S TiS2 + 4HCl3.4 K2Cr2O7 + 4KCl + 3H2SO4 2CrO2Cl2 +

3K2SO4 + 3H2O3.5 SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl + H+ + Cl-3.6 Sn + Sn(OH)6

2- 2Sn(OH)3-

3.7 2Hg2+ + Sn2+ Hg2 2+ + Sn4+

3.8 Hg22+ + H2S HgS + Hg + 2H+

4. สารใดเปนตวออกซไดส และตวรดวซเฉพาะในปฏกรยารดอกซตอไปน

4.1 5SO32- + 2MnO4

- + 6H+ 5SO42- + 2Mn2+

+ 3H2O4.2 2NO2(g) + 7H2(g) 2NH3 (g) + 4H2O (g)4.3 2[Fe(CN)]6

4- + H2O2 + 2H+ 2[Fe(CN)6]3- + 2H2O

4.4 Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO24.5 2KI + F2 2KF + I24.6 CaS + 2HCl CaCl2 + H2S4.7 O2 + 4HCl 2Cl2 + 2H2O4.8 2PbO2 2PbO + O2

5.จงเขยนเลขออกซเดชนของธาตทเปลยนแปลงไปในปฏกรยาตอไปน5.1 S(s) + 2F2 (g) SF4 (g)5.2 2CuSO4 (aq) + 4KI (aq) 2CuI (s) +

2K2SO4 (aq) + I2 (s)5.3 NH3 (g) + 3Cl2 (g) NCl3 (g) + 3HCl (g)5.4 I2 (aq) + SO2 (aq) + 2H2O 2HI (aq) +

H2SO4 (aq)5.5 2PbS (s) + 3O2 (g) 2PbO (s) + 2SO2 (g)

6. จงเขยนสมการของปฏกรยาตอไปน แลวบอกดวยวาเปนปฏกรยารดอกซหรอไม ถาเปนปฏกรยารดอกซใหระบตว ออกซไดส และตวรดวซ แตถาไมเปนปฏกรยารดอกซ ใหอธบายวาเพราะเหตใด

6.1 ใสสารละลาย NiSO4 ในภาชนะทำาดวยเหลก พบวาภาชนะผกรอน และเกดสารสเทาตกตะกอนอยกนภาชนะ

6.2 เทกรดเกลอลงไปบนหนปน เกดฟองกาซคารบอนไดออกไซด และแคลเซยมคลอไรด และนำา

เฉลยแบบทดสอบท 16.3 ขอ 1 แนวคด

ขอ ธาตทเลขออกซเดชนเปลยน ชนดของปฏกรยา

1.1

S ม ON เปลยนจาก +4 +6 ON เพม

ออกซเดชน

1.2

Zn ม ON เปลยนจาก 0 +2 ON เพม

ออกซเดชน

1.3

Mo ม ON เปลยนจาก +6 +5 ON ลด

รดกชน

1.4

H ม ON เปลยนจาก 0 -1 ON ลด

รดกชน

1.5

O ม ON เปลยนจาก 0 -2 ON ลด

รดกชน

1.6

C ม ON เพมจาก 0 +2 S ม ON ลดจาก +6 -2

ออกซเดชนและรดกชน

1.7

S ม ON เพมจาก -2 +1 Cl ม ON ลดจาก 0 -4

ออกซเดชนและรดกชน

1.8

O ม ON เพมจาก -2 +1 ออกซเดชน

1.9

Cu ม ON เพมจาก +1 +2

ออกซเดชน

ขอ 2 แนวคดขอ ตวออกซไดซ ตวรดวซ

2.12.22.32.42.52.62.72.82.9

2.10

Fe3O4MnO2

K2Cr2O7Ca3(PO4)2

-KClO3(Cl)

-NH4NO2

-Br2

H2HClSC-

KClO3(O)-

NH4NO2-

Br2

ขอ 3. ขอ3.1 3.2 3.6 3.7 3.8 เปนสมการรดอกซ ขอ 3.3 3.4 3.5 เปนปฏกรยานอนรดอกซ

ขอ4.4.1 MnO4

- เปนตวออกซไดส SO32- เปนตวรดวซ

4.2 NO2 เปนตวออกซไดส H2 เปนตวรดวซ4.3 H2O2 เปนตวออกซไดส [Fe(CN)6]4- เปนตวรดวซ4.4 - ปฏกรยานอนรดอกซ4.5 F2 เปนตวออกซไดส KI เปนตวรดวซ4.6 - ปฏกรยานอนรดอกซ4.7 O2 เปนตวออกซไดส HCl เปนตวรดวซ4.8 Pb ใน PbO2 เปนตวออกซไดส O ใน PbO2 เปนตวรดวซ

ขอ 5.5.1

S(s) + 2F2(g) SF4(g)ON 0 -1เปลยนจาก เปน

ON 0 4เปลยนจาก เปน

0 0 +4-1

5.2

2CuSO4 (aq) + 4KI(aq) 2CuI(s) + 2K2SO4(aq) + I2(s)+2 -1 +1 0

ON +2 +1เปลยนจาก เปนON -1 0เปลยนจาก เปน

5.3

NH3(g) + 3Cl2(g) NCl3(g) + 3HCl(g)-3 0 +3-1 -1

ON -3 +3เปลยนจาก เปนON 0 -1เปลยนจาก เปน

5.4

I2(aq) + SO2(aq) + 2H2O(l) 2HI(aq) + H2SO4(aq)0 +4 -1 +6

ON 0 -1เปลยนจาก เปนON +4 +6เปลยนจาก เปน

5.5

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g)-2 0 -2 +4-2

ON -2 +4เปลยนจาก เปนON 0 -2เปลยนจาก เปน

ขอ 6 แนวคด6.1 Ni2+ (aq) + Fe (s) Ni (s) + Fe2+ (aq) เปน

ปฏกรยารดอกซ

Ni2+ เปนตวออกซไดซ Fe เปนตวรดวซ6.2 CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l)

+ CO2 (g) เปนปฏกรยานอนรดอกซ เพราะ ไมมธาตใดเลยทเลขออกซเดชนเปลยนแปลง

16.2 การดลสมการรดอกซ ปฏกรยารดอกซ เปนปฏกรยาทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน โดยมทงเลขออกซเดชนลดลงและเพมขน

หรอเปนปฏกรยาทมการใหและรบอเลกตรอน (มการถายโอนอเลกตรอน) ดงนน การดลสมการของปฏกรยารดอกซ จงใช 2 วธ คอ การใชเลขออกซเดชนทเปลยนแปลงไป และใชการใหและรบอเลกตรอน ( หรอ การใชครงปฏกรยา)

การดลสมการทวไป เปนการทำาจำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ ของสารตงตน เทากบจำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ ของสารผลตภณฑ หรอทำาจำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ ทางซาย และขวาของสมการใหเทากน สำาหรบปฏกรยาร

ดอกซ นอกจากจะตองทำาจำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ ทางซายและขวาใหเทากน ยงตองทำาเลขออกซเดชนท เปลยนแปลงไปใหเทากน หรอตองทำาจำานวนอเลกตรอนทใหและรบใหเทากน และถาเปนการดลสมการไอออนก ตอง

ทำาจำานวนประจทางซายและขวาใหเทากนอกดวย

16.2.1 การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน การดลสมการรดอกซโดยใชวธเลขออกซเดชนทเปลยนแปลง (The Oxidation Number

Change Method) เปนการดลสมการของปฏกรยารดอกซ โดยทำาเลขออกซเดชนทลดลงเทากบเลข ออกซเดชนทเพมขน แลวทำาจำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ ทางซายและทางขวาใหเทากน แตถาเปนสมการไอออนก

ตองทำาคาประจรวมทางซาย และทางขวาใหเทากนดวย หลกทวไปของการดลสมการรดอกซโดยวธเลขออกซเดชนทเปลยนแปลง ดงน

1. เขยนสมการของปฏกรยาทยงไมดล แสดงเลขออกซเดชนของธาตทเปลยนแปลงไป และ แสดงเลข

ออกซเดชนทเพมขน และลดลงไวขางลาง โดยคดตอสารตงตนทเปนตวออกซไดสหรอตวรดวซนน 1 โมเลกล2. ทำาเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลงใหเทากน ดวยกาคณไขวสลบคาเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลง

นน

3. ทำาจำานวนอะตอมของธาตมเปลยนเลขออกซเดชน ทงซายและทางขวาใหเทากน

4. ดลจำานวนอะตอมของธาตอน ๆ ทไมเปลยนแปลงเลขออกซเดชนใหเทากน ถาม H2O ( H และ O ไมเปลยนแปลงเลขออกซเดชน) รวมอยดวยใหดลเปนอนดบสดทาย และในการดล H2O ใหทำาจำานวน

อะตอม H ซายและขวาใหเทากน

5. สำาหรบสมการไอออนก เมอดลถงขนท 3 ใหดประจทงทางซายและขวาใหเทากนแลวจงดลขนท 4 ตอ ไป

6. สมการทดลแลว ตองทำาเลขสมประสทธขางหนาของสารทกชนดเปนตวเลขอยางตำา

ตวอยาง จงดลสมการปฏกรยาตอไปนMnO2 (s)+KBr(aq)+H2SO4 (aq) MnSO4 (aq)

+K2SO4(aq)+H2O(l) + Br2 (l)วธทำา

ขนท 1 เขยนสมการทยงไมดล และเขยนเลขออกซเดชนของธาตทเปลยนแปลงดงน

MnO2(s) + KBr(aq) + H2SO4(aq) MnSO4(aq)+ K2SO4(aq) + H2O(l) + Br2(l)

ON = 1เพมขนON = 2ลดลง

+4 -1 +2 0

21

ลดเพม

ขนท2 ทำา ON ทเพมขนและลดใหเทากนดวยการใชคา ON คณไขว

1MnO2(s) + 2KBr(aq) + H2SO4(aq) MnSO4(aq)+ K2SO4(aq) + H2O(l) + Br2(l)

2 1 ขนท3 ดลอะตอมของธาตทเปลยน ON ทงทางขวาและซายใหเทากน

1MnO2 (s)+ 2KBr(aq)+H2SO4 (aq) 1MnSO4 (aq)+K2SO4(aq)+H2O(l) + Br2 (l)

ขนท 4 ดลอะตอมของธาตอน ๆ ดวยการตรวจพนจ คอ ตรวจ K ใน KBr เทากบ K ใน K2SO4 จงไมตองเตมตวเลขใด ๆ หนา K2SO4 สวนกลม SO4

2- ทางดานขวาม 2 กลม จงตอง

เตมเลข 2 หนา H2SO4 ทางดานซายและขวาเทากน ดล H ใน H2O นบจำานวนอะตอมของ H ทางดานซายในกรด H2SO4 เทากบ 4 จงเตม 2 หนา H2O ตรวจจำานวนอะตอมของ O ใน

MnO2 และ O ใน H2O พบวาเทากน ดงน

MnO2 (s)+ 2KBr(aq)+ 2H2SO4 (aq) MnSO4 (aq)+K2SO4(aq)+2H2O(l) + Br2 (l)

ตรวจนบจำานวนอะตอมของธาตแตละชนดทางซายและขวา พบวาเทากนแสดงวาสมการดล

ตวอยาง

Cr2O3 + Na2CO3 + KNO3 Na2CrO4 + CO2 + KNO2วธทำา

ขนท 1 เขยนสมการทยงไมดล และเขยนเลขออกซเดชนของธาตทเปลยนแปลงดงน

Cr2O3 + Na2CO3 + KNO3 Na2CrO4 + CO2 + KNO2+3 +5 +6 +3

ON = 2ลดลงON = 2 x 3 = 6เพมขน

ลด2เพม1

ขนท2 ทำา ON ทเพมและลดใหเทากนดวยการใชคา ON คณไขวกน

2Cr2O3 + Na2CO3 + 6KNO3 Na2CrO4 + CO2 + KNO2

6 2 ขนท 3 ดลอะตอมของธาตทเปลยนแปลง ON ทงทางซายและขวาใหเทากน

Cr ใน Cr2O3 = 4 จงเตม 4 หนา Na2CrO4 เพอทำาให Cr ใหเทากน และ N ใน KNO3 = 6 เตมเลข 6 หนา KNO2 เพอทำา N ใหเทากน

2Cr2O3 + Na2CO3 + 6KNO3 4Na2CrO4 + CO2 + 6KNO2

ขนท 4 ดลอะตอมของธาตอน ๆ ดวยการตรวจพนจ คอ

ตรวจ - K ใน KNO3 เทากบ KNO2 จงไมตองเตมตวเลขใด ๆ หนา KNO2 - Na ใน Na2CrO4 = 8 จงเตมเลข 4 หนา Na2CO3

เพอทำาให Na ทง 2 ขางเทากน - C ใน Na2CO3 = 4 จงเตมเลข 4 หนา CO2 เพอทำาให C ทง

2 ขางเทากน2Cr2O3 + 4Na2CO3 + 6KNO3 4Na2CrO4 +

4CO2 + 6KNO2 ตรวจนบ O ใน Cr2O3 Na2CO3 และ KNO3 ทางดานซายรวมกน = 6 +

12 + 18 = 36 O ใน Na2CrO4 CO2 และ KNO2 ทางดานขวารวมกน =

16 + 8 + 12 = 36 ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตแตละชนดทางซายและขวาพบวา เทากน แสดงวา สมการดลแลว

ตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยานCu + HNO3 Cu(NO3)2 + H2O + NO2

วธทำา

ขนท 1 เขยนสมการทยงไมดล และเขยนเลขออกซเดชน ของธาตทเปลยนแปลง ดงน

Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + H2O + NO20 +5 +2 +4

ON = 2เพมขนON = 1ลดลง

ขนท 2 ทำา ON ทเพมและลดใหเทากน ดวยการใชคา ON คณไขวกน

1Cu + 2HNO3 Cu(NO3)2 + H2O + NO2

2 1 ขนท 3 ดลอะตอมของธาตทเปลยน ON ทงทางซายและขวาใหเทากน

- Cu = 1 เทากบ Cu ใน Cu(NO3)2 จงไมตองเตมเลขใด ๆ หนา Cu(NO3)2

- เนองจาก N ใน HNO3 = 2 จงตองเตมเลข 2 หนา NO2 เพอทำาให N ทง 2 ขางเทากน

Cu + 2 HNO3 Cu(NO3)2 + H2O + 2NO2 ขนท 4 ดลอะตอมของธาตอน ๆ ดวยการตรวจพนจ ดงน

เนองจาก N ใน HNO3 ทำาใหเกด N ใน NO2 ขนเทากนแลว แตผลตภณฑยงเกด NO3

- ใน

HNO3 อกพวกหนง จำานวน 2 หมเทากนดวยคอ2 HNO3 + Cu + 2 HNO3 Cu(NO3)2 + H2O

+ 2NO2 ดล H ใน H2O นบจำานวนอะตอมของ H ทางดานซาย = 4 จงเตมเลข 2 หนา

H2O จงจะ พบวา H ทงสองขางเทากน แลวเตมกรด HNO3 ทางดานซาย = 4

Cu + 4 HNO3 Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 ตรวจนบ O ใน HNO3 = 4 x 3 = 12 เทากบ O ใน

Cu(NO3)2 H2O และ NO2 = (3 x 2) + 2 + (2 x 2) = 12

ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตแตละชนดทางซายและขวา พบวาเทากน แสดงวาสมบต สมการดลตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยาตอไปน

KMnO4 + H2O2 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2วธทำา

ขนท1 เขยนสมการทยงไมดล และเขยนเลขออกซเดชนของธาตทเปลยนแปลงดงน

KMnO4 + H2O2 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2+7 -1 +2 0ON = (1) x 2 = 2เพมขน

ON = 5ลดลงหมายเหต การจบคO ทางซายและขวาตองจบถกคดวย ถาจบผดคจะดลไมได

ขนท2 ทำา ON ทเพมขนและลดลงใหเทากน ดวยการใช ON คณไขวกน

2KMnO4 + 5H2O2 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2

25

ขนท 3 ดลอะตอมของธาตทเปลยนแปลง ON ทงทางซายและขวาใหเทากนMn ใน KMnO4 = 2 จงตองเตม 2 หนา MnSO4 เพอทำาให Mn ทง

2 ขางเทากน เนองจาก O ใน H2O2 ไมเทากบ O ใน O2 จงตองดลใหเทา คอ O ใน H2O2 = 10 ดงนน O ใน O2 ตองเทากนดวยจงตองเตมเลข 5 หนา O2 คอ

2KMnO4 + 5H2O2 + H2SO4 K2SO4 + 2 MnSO4 + H2O + 5O2

ขนท 4 ดลอะตอมของธาตทเหลอดวยการตรวจพนจดงน- K ใน KMnO4 = 2 ซงเทากบ K ใน K2SO4 จงไมตองเตมเลขใด ๆ

หนา K2SO4 - SO4

- ใน K2SO4 และ MnSO4 รวมกน = 2 จงเตมเลข 2 หนา H2SO4 จะพบวา SO4

2- ทง 2 ขางเทากน- ดล H ใน H2O นบจำานวน H ใน H2O2 และ H2SO4 รวมกน = (5

x 2) + (2 x 3) = 16 จงเตมตวเลข 8 ลงหนา H2O2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 K2SO4 + 2

MnSO4 + 8 H2O + 5O2 ตรวจนบ O ทางดานซายทงหมด = (2 x 4) + (5x 2) + (3 x 4) =

30 ซงเทากบ O ทางดานขวา ( = 4 + (4x2) + (8x1) + (5x2) = 30 ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตแตละชนดทางซายและขวาพบวา เทากน แสดงวาสมการดล

16.2.2 การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา การดลสมการรดอกซโดยใชวธการครงปฏกรยา (Half reaction Method) หรอ วธ

การไอออน - อเลกตรอน (Ion-electron Method) เปนวธทดลสมการดวยการทำาจำานวน

อเลกตรอนทใหและรบใหเทากน สมการทจะดลดวยวธนตองเปนสมการไอออนก ถาไมเปนสมการไอออนกตองเปลยน เปนสมการไอออนกกอน แลวจงดลได

หลกการดลสมการโดยใชวธการครงปฎกรยา

1. ใชการเปลยนเลขออกซเดชนของธาต แบงสวนทถกออกซไดส และถกรดวซ เขยนโครงครงปฏกรยาไอ

ออนกสทธ 2 โครง โดยโครงหนงเปนสวนทถกออกซไดส และอกสวนหนงถกรดวซ

2. ดลแตละครงปฏกรยาทแยกได2.1. ดลอะตอมของธาตทถกออกซไดซ และทถกรดวซ ทงสารตงตนและผลตภณฑ ยกเวน O

และ H ยงไมดล2.2 ดลธาตออกซเจนดวยการเตมนำา (H2O) เตม H2O ลงขาวทมออกซเจนนอยกวา2.3 ในปฏกรยาทเปนกรดเตม H+ ลงในขางทมไฮโดรเจนนอยกวาของสมการ เพอดลอะตอม

ของ H2.4. เตมจำานวนอเลกตรอนลงในขางทมประจมาก จำานวนอเลกตรอนทเตมลงไปเทากบผลตาง

ระหวางประจรวมทง 2 ขาง2.5 สำาหรบปฏกรยาทเปนเบสเมอดลถงขนนถาในสมการม H+ เกดขนไมวาอยทางขางซายหรอ

ขวาใหทำาลาย H+ ทงหมดดวยการบวก OH+ เขาไปในสมการทงขางซายและขวาดวยจำานวนเทากบจำานวน H+ นน เพอสะเทนกรด (H+ ) ทงหมดดวย OH- จะไดสมการของครงปฏกรยาแบบรดกชนหรอแบบออกซเดชนทดลแลว

3. ทำาจำานวนอเลกตรอนในสมการของปฏกรยาออกซเดชน และรดกชนใหเทากนแลวนำาสมการทงหมดมาบ วก อเลกตรอนหกลางหมดไป จะไดสมการของปฏกรยารดอกซทดลแลวตามตองการ

ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตแตละธาตเทากน และประจรวมขางซาเทากบประจรวมขางขวาแสดงสมการสทธดล

ตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยานI2 (s) + S2O3

2- (aq) I- (aq) + S4O62- (aq)

วธทำา

ขนท 1 ใชการเปลยนเลขออกซเดชนของธาตแบงสวนทถกออกซไดสและถกรดวซI2 (s) I- (aq)S2O3

2- (aq) S4O62- (aq)

ขนท 2 ดลแตละครงปฏกรยาทแยกไดดลอะตอมของธาตทเปลยนเลขออกซเดชน

I ใน I2 = 2 จงเตมเลข 2 หนา I- จงจะทำาให I ทง 2 ขางเทากนI2 (s) 2I- (aq)

S ใน S4O62- (aq)(ทางขวา) = 4 จงเตมเลข 2 หนา S2O3

2-(aq) จงจะทำาให S ทง 2 ขางเทากน

2S2O32- (aq) S4O6

2-(aq สมการทง 2 ไมตองดล O และ H เพราะเทากน จงไมตองเตม H2O และ H+

ดลประจ ดวยการเตมอเลกตรอนลงในขางทมประจมาก จำานวนอเลกตรอนทเตมเทากบผลตางระหวางประจทงสองขางดงน

2e- + I2 (s) 2I- (aq) …………………. (1)

2S2O32- (aq) S4O6

2-(aq + 2e-

…………………. (2) ขนท 3 เนองจากสมการท (1) และ (2) ตางมอเลกตรอนเทากน จงนำามาบวกกน อเลกตรอนจะหกลาง

กนหมด

(1) + (2) ; I2 (s) + 2S2O32- (aq) 2I- (aq) +

S4O62- (aq)

ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ และประจรวมทง 2 ขางเทากน แสดงวาสมการของปฏกรยาดล

ตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยาตอไปนFe2+

(aq) + MnO4- (aq) + H+ Fe3+ (aq) + Mn2+

(aq) + H2O (l)วธทำา

ขนท 1 ใชการเปลยนเลขออกซเดชนของธาตแบงสวนทถกออกซไดส และถกรดวซ

Fe2+ (aq) Fe3+ (aq)

MnO4- (aq) Mn2+ (aq)

ขนท 2 ดลแตละครงปฏกรยาทแยกไดดลอะตอมของธาตทเปลยนเลขออกซเดชน

Fe2+ (aq) Fe3+ (aq) ไมตองเตมเลขใด ๆ เพราะ Fe ทงสองขาง

เทากน

MnO4- (aq) Mn2+ (aq) ดล O ดงน

ในสารละลายกรด ดล O เตม H2O เนองจาก O ใน MnO4- = 4 จงเตม

4H2O ขาวขวาขงจะทำาให O ทง 2 ขางเทากนMnO4

- (aq) Mn2+ (aq)+ 4H2O (l) ดล H เตม H+ เนองจาก H ใน H2O = 8 ขางซายจงจะทำาให H ทง 2 ขางเทากน

MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) Mn2+ (aq)+ 4H2O (l)

ดลประจตองเตมอเลกตรอนในขางทมประจมาก จำานวนอเลกตรอนทเตมเทากบผลตางระหวางประจทงสอง

ขาง = (+7) - (+2) = +5 เตม 5 อเลกตรอนขางซาย ดงน

5e- + MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) Mn2+ (aq)+

4H2O (l) …………………… (1) และเตม 1 อเลกตรอนขางขวาของสวน Fe2+ Fe3+ ดงน

Fe2+ (aq) Fe3+ (aq) + e-

…………………… (2) ขนท 3 ทำาจำานวนอเลกตรอนทใหและรบใหเทากนโดยสมการ ( 2) คณ 5 จะได

5Fe2+ (aq) 5Fe3+ (aq) + 5e-

…………………… (3)

(1) + (3) ; 5Fe2+ (aq) + MnO4

- (aq) + 8H+ 5Fe3+

(aq) + Mn2+ (aq) + 4H2O (l) ตรวจนบ จำานวนอะตอมของธาตตาง ๆ และประจรวมทง 2 ขางเทากน แสดงวา สมการของปฏกรยาดล

ตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยาตอไปน U4+ + H2O + MnO4

- Mn2+ + UO22- + H+

วธทำา

ขนท 1 ใชการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน แบงเปนสวนทถกออกซไดสและสวนทถกรดวซ

U4+ UO22-

MnO4- Mn2+

ขนท 2 ดลแตละครงปฏกรยาทแยกได- ดลอะตอมของธาตทเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

U4+ UO22- ไมตองเตมเลขใด ๆ เพราะ U ทง 2 ขางเทากน

MnO4- Mn2+ ไมตองเตมเลขใด ๆ เพราะ Mn ทง 2 ขางเทา

กน

- ในสารละลายกรด ดล O เตม H2O เนองจาก O ใน UO22- = 2 จงเตม

2H2O ขางซายจงทำาให O ทงสองขางเทากนU4+ + 2H2O UO2

2-

- ดล H เตม H+ เนองจาก H ใน H2O (ขางซาย) = 4 จงเตม 4H+

ขางขวาจงจะทำาให H ทงสองขางเทากนU4+ + 2H2O UO2

2- + 4H+

- ดลประจ เตมอเลกตรอนขางทมประจมาก จำานวนอเลกตรอนทเตม = 2 จงตองเตม 2 อเลกตรอนขางขวา ดงน

U4+ + 2H2O UO22- + 4H+ + 2e-

………………….. (1)- ดล O ใน MnO4

- Mn2+ O ใน MnO4- = 4 จงเตม

4H2O ขางขวาเพอทำาให O ทงสองขางเทากนMnO4

- Mn2+ + 4H2O

- ดล H เตม H+ เนองจาก H ใน H2O = 8 จงเตม 8H+ ทางขางซาย เพอทำาให H ทง 2 ขางเทากน

8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O

- ดลประจ เตมอเลกตรอนขางซายจำานวน = (+8 - 1) - (+2) = 5 ดงน

5e- + 8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O

…………………… (2)

ขนท 3 ทำาจำานวนอเลกตรอนทใหและรบใหเทากน(1) x 5 ; 5U4+ + 10H2O 5UO2

2- + 20 H+ + 10e- …………….. (3)

(2) x 2 ; 10e- + 16H+ + 2 MnO4- 2Mn2+ +

8H2O …………….. (4) (3)+(4) ; 5U4+ + 10H2O + 16H+ + 2MnO4

-

2Mn2+ + 5UO22- + 20 H++ 8H2O

H2O ซายมจำานวนเทากบ 10 และ H2O ทางขวามจำานวนเทากบ 8 หกลางเหลอ H2O ทางซายอก 2 และ H+ ขวามจำานวนเทากบ 20 สวน H+ ซายมจำานวนเทากบ 16 หก

ลางกนเหลอ 4 ดงนนจงเหลอ 4H+ ทางขวาดงน5U4+ + 2 H2O + 16H+ + 2MnO4

- 2Mn2+ + 5UO2

2- + 4 H+ ตวอยาง จงดลสมการของปฏกรยาน

H+(aq) + MnO4- (aq) + C2O4

2- (aq) Mn2+ (aq) + H2O (l) + CO2 (g)วธทำา

ขนท 1 ใชการเปลยนเลขออกซเดชน แบงสวนทถกออกซไดส และสวนทรดวซคอ

MnO4- (aq) Mn2+ (aq)

C2O42- (aq) CO2 (g)

ขนท 2 ดลแตละครงปฏกรยาทแยกไดดลอะตอมของธาตทเปลยนเลขออกซเดชน

MnO4- (aq) Mn2+ (aq) ไมตองดลใดเพราะ Mn ทงสองขาง

เทากน

C2O42- (aq) CO2 (g) เตมเลข 2 หนา CO2 เพอทำาให C ทงสอง

ขางเทากน

- ในสารละลายกรด ดล O เตม H2O เนองจาก O ใน MnO4- = 4 จงตองเตม

4 H2O ขางขวา จงจะทำาให O ทง 2 ขางเทากนMnO4

- (aq) Mn2+ (aq) + 4 H2O

- ดล H เตม H+ เนองจาก H ใน H2O (ขางขวา) = 8 จงเตม 8H+ ขาง ซาย จงจะทำาให H ทง 2 ขางเทากน

8H+ + MnO4- (aq) Mn2+ (aq) + 4 H2O

- ดลประจ เตมอเลกตรอนขางทมประจมาก ประจขางซาย = (+8) + (-1) = +7 และ ประจขางขวา = +2 จงตองเตมอเลกตรอนขางซาย = (+7) - (-2) = 5 ดงน5e- + 8H+ + MnO4

- (aq) Mn2+ (aq) + 4 H2O ……………….. (1)

- ดล O ใน C2O42- 2CO2 O ใน C2O4

2- = 4 เทากบ O ใน CO2 จงไมตองเตม H2O และ H+ ประจในขางซาย = -2 สวนประจขางขวา = 0 เตม

อเลกตรอนขางขวา = 0 - (-2) = 2 ดงนC2O4

2- (aq) 2 CO2 (g) + 2e-

……………….. (2)

ขนท 3 ทำาจำานวนอเลกตรอนทใหและรบเทากน(1) x 2 ; 10e- + 16H+ + 2MnO4

- (aq) 2Mn2+ (aq) + 8 H2O ……….. (3)

(2) x 5 ; 5C2O42- (aq) 10CO2 (g) + 10e-

……….. (4)(3) + (4) ; 16H+(aq) + 2MnO4

- (aq) + 5C2O42- (aq)

2Mn2+ (aq) + 8H2O (l) + 10 CO2 (gการคำานวณเกยวกบสมการของปฏกรยารดอกซ

ตวอยาง แรเหลกตวอยางหนก 0.8765 g ถกละลายในสารละลาย HCl และเหลกละลายเปน Fe2+

แลวนำาสารละลายนไปไทเทรตพอดกบสารละลาย K2Cr2O7 0.04212 mol / dm3

จำานวน 29.43 ml จงหารอยละโดยมวลของ Fe ในแรตวอยางนFe2+ + H+ + Cr2O7

2- Fe3+ + Cr3+ + H2Oวธทำา

( กำาหนดมวลอะตอมของ Fe = 55.8)ดลสมการรดอกซดงน

6 Fe2+ + 14H+ + Cr2O72- 6Fe3+ +

2Cr3+ + 7 H2O ใช X g 29.43 ml

หาจำานวนโมลของ Cr2O72- ทใชไทเทรตกบ Fe2+ จะได

สารละลาย K2Cr2O7 1000 ml ม Cr2O72- อย =

0.04212 mol

ในสารละลาย 29.43 ml จะม Cr2O72- อย =

(0.04212 x 29.43) / 1000 mol = 1.24 x 10-3 mol

และจำานวนโมลของ Fe2+ ททำาปฏกรยาพอดกบ Cr2O72- = 8.55

X molจากสมการทดลแลวจะไดวา

-272

2

OCr โมลของFe โมลของ

= 16

3-10 x1.24

55.8X

= 16

X = 6 x 1.24 x 10 -3 x 55.8

X = 0.415 g มวลของ Fe ในแรเหลกหนก = 0.415 g

แรเหลกตวอยาง 0.8765 g มแรเหลกหนก = 0.415 แรเหลกตวอยาง 100 g ม Fe หนก = 8765.0

X100 0.415 = 47.35 g รอยละโดยมวลของ Fe ในแรเหลกตวอยางน = 47.35 g

แบบทดสอบท 16.41. จงดลสมการรดอกซดวยวธใชเลขออกซเดชนทเปลยนแปลง

1.1 Al + NaOH + NaHSO4 Al2O3 + H2O + Na2S

1.2 K2Cr2O7 + HCl CrCl3 + Cl2 + H2O + KCl1.3 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + H2O1.4 Pb(NO3)2 PbO + NO2 + O2

2.จงดลสมการตอไปนดวยวธครงปฏกรยา2.1 Fe(CN6)4- + H+ + MnO4

- Fe2+ + CO2 + NO3

- + Mn2+ + H2O2.2 Cu3P + H+ + Cr2O7

2- Cu2+ + H3PO4 + Cr3+ + H2O

2.3 Cro42- + H2O + HSnO2

2- CrO2- + OH- +

HSnO3-

2.4 MnO4- + H2O + NO2

- MnO2 + NO3- + OH-

3.จงดลสมการของปฏกรยาตอไปนโดยใชวธครงปฏกรยา3.1 Zn + NO3

- Zn2+ + N2 (สารละลายกรด)

3.2 Zn + NO3- Zn2+ + NH3 (สารละลายเบส)

3.3 P4 PH3 + HPO32- (สารละลายกรด)

3.4 P4 PH3 + HPO32- (สารละลายเบส)

เฉลยแบบทดสอบท 16.41.

1.1 8 Al + 3NaOH + 3NaHSO4 4 Al2O3 + 3H2O + 3Na2S

1.2 K2Cr2O7 + 14HCl 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O + 2 KCl

1.3 (NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4H2O 1.4 2Pb(NO3)2 2 PbO + 4 NO2 + O22.

2.1 30H2O + Fe(CN6)4- Fe2+ + 6CO2 + 6NO3-

+ 60H+ + 61e-

MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O

5Fe(CN6)4- + 188 H+ + 61 MnO4- 5Fe2+ + 30CO2

+ 30 NO3- + 61Mn2+ + 94 H2O

2.2 4H2O + Cu3P 3Cu2+ + H3PO4 + 5H+ + 11e-

6e- + 16H+ + Cr2O72- 2Cr3+ + 7H2O

6Cu3P + 124H+ + 11Cr2O72- 18Cu2+ + 6

H3PO4 + 22 Cr3+ + 53H2O2.3 3e- + 4H+ + Cro4

2- CrO2- + 2H2O

H2O + HSnO22- HSnO3

- + 2H+ + 2e-

8H+ + 2Cro42- + 3H2O + 3HSnO2

2- 2CrO2

- + 4H2O + 6H+ + 3HSnO3-

2H+ + 2Cro42- + 3HSnO2

2- 2CrO2- + H2O

+ 3HSnO3-

2.4 MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 4 OH-

NO2- + 2 OH- NO3

- + H2O + 2e-

2MnO4- + 4H2O + 3NO2

- + 6 OH- 2MnO2 + 3NO3

- + 8OH- + 3H2O 2MnO4

- + H2O + 3NO2- 2MnO2 + 3 NO3

-

+ 2OH-

3.แนวคด3.1 Zn Zn2+ + 2e- 2NO3

- + 12H+ + 10e- N2+ 6H2O 5Zn + 2NO3

- + 12H+ 5Zn2+ + N2 + 6H2O

3.2 Zn Zn2+ + 2e-

NO3- + 6H2O + 8e- NH3+ 9OH-

4Zn + NO3- + 6H2O 4Zn2+ + NH3+ 9OH-

3.3 12H+ + P4 + 12e- 4 PH3 P4 + 12H2O 4HPO3

2- + 20H+ +12e-

12H+ + 2 P4 + 12H2O 4 PH3 + 4HPO32- +

20H+ 2 P4 + 12H2O 4 PH3 + 4HPO3

2- + 8H+

3.4 P4 + 12H2O + 12e- 4 PH3 + 12OH-

P4 + 12H2O + 20 OH- 4HPO32- + 20H2O

+ 12e-

P4 + 20 OH- 4HPO32- + 8H2O +12e-

P4 + P4 + 12H2O + 20 OH- 4 PH3 + 4HPO3

2- + 8H2O + 12OH-

2 P4 + 4H2O + 8OH- 4 PH3 + 4HPO32-