Stoichiometry (SAQs)

Chemistry-1 | 5. Stoichiometry – SAQs:
Welcome to SAQs in Chapter 5: Stoichiometry. This page features the key FAQs for Short Answer Questions. Answers are given in simple English, with a Telugu explanation, and formatted according to the exam style. This will support your preparation and help you aim for top marks in your final exams.


SAQ-1 : Balance the following redox equation in acidic medium by ion-electron method: Fe(aq)2++Cr2O7aq2→Fe_(aq)3+ + Cr(aq)3+

For Backbenchers 😎

Balancing redox reactions can seem like solving a puzzle. We have two parts of the puzzle: oxidation and reduction. Our goal is to make them fit together perfectly.

First, we identify what belongs to each part: in this case, Fe^{+2} goes to oxidation, and Cr_2O_7^{−2} goes to reduction.

Now, we look at the pieces in each part. We want to make sure they have the same atoms (except oxygen and hydrogen). If they don’t match, we adjust them, just like adding or removing pieces from a puzzle.

Then, we check for oxygen atoms. If there are too many on one side, we add water pieces to balance it out, like adding puzzle pieces.

Next, we look for hydrogen atoms. If there are too many on one side, we add hydrogen ion pieces to even things out.

Now, we deal with the charge. We add or remove electron pieces to make sure the charges are balanced on both sides. Electrons act like special pieces in our puzzle.

Finally, when everything fits together perfectly – the atoms, oxygen, hydrogen, and charges – we put the two parts of the puzzle together to create the balanced redox equation.

So, in our example, we’ve successfully balanced the redox equation in an acidic solution by adjusting the pieces on each side of the puzzle. This method helps us understand how different elements interact in chemical reactions.

మన తెలుగులో

రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలను సమతుల్యం చేయడం ఒక పజిల్‌ను పరిష్కరించినట్లుగా అనిపించవచ్చు. మేము పజిల్ యొక్క రెండు భాగాలను కలిగి ఉన్నాము: ఆక్సీకరణ మరియు తగ్గింపు. వాటిని సంపూర్ణంగా సరిపోయేలా చేయడమే మా లక్ష్యం.

ముందుగా, మేము ప్రతి భాగానికి చెందిన వాటిని గుర్తిస్తాము: ఈ సందర్భంలో, Fe^{+2} ఆక్సీకరణకు వెళుతుంది మరియు Cr_2O_7^{−2} తగ్గింపుకు వెళుతుంది.

ఇప్పుడు, మేము ప్రతి భాగంలోని ముక్కలను పరిశీలిస్తాము. వాటికి ఒకే పరమాణువులు (ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ మినహా) ఉన్నాయని మేము నిర్ధారించుకోవాలనుకుంటున్నాము. అవి సరిపోలకపోతే, పజిల్ నుండి ముక్కలను జోడించడం లేదా తీసివేయడం వంటి వాటిని మేము సర్దుబాటు చేస్తాము.

అప్పుడు, మేము ఆక్సిజన్ అణువుల కోసం తనిఖీ చేస్తాము. ఒకవైపు చాలా ఎక్కువ ఉంటే, పజిల్ ముక్కలను జోడించడం వంటి వాటిని సమతుల్యం చేయడానికి మేము నీటి ముక్కలను జోడిస్తాము.

తరువాత, మేము హైడ్రోజన్ అణువుల కోసం చూస్తాము. ఒక వైపు చాలా ఎక్కువ ఉంటే, మేము హైడ్రోజన్ అయాన్ ముక్కలను సమం చేయడానికి కలుపుతాము.

ఇప్పుడు, మేము ఛార్జ్తో వ్యవహరిస్తాము. ఛార్జీలు రెండు వైపులా సమతుల్యంగా ఉన్నాయని నిర్ధారించుకోవడానికి మేము ఎలక్ట్రాన్ ముక్కలను జోడిస్తాము లేదా తీసివేస్తాము. ఎలక్ట్రాన్లు మన పజిల్‌లో ప్రత్యేక ముక్కల వలె పనిచేస్తాయి.

చివరగా, పరమాణువులు, ఆక్సిజన్, హైడ్రోజన్ మరియు ఛార్జీలు – ప్రతిదీ సరిగ్గా సరిపోయినప్పుడు – సమతుల్య రెడాక్స్ సమీకరణాన్ని సృష్టించడానికి మేము పజిల్ యొక్క రెండు భాగాలను కలిపి ఉంచాము.

కాబట్టి, మా ఉదాహరణలో, పజిల్ యొక్క ప్రతి వైపు ముక్కలను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా మేము రెడాక్స్ సమీకరణాన్ని ఆమ్ల ద్రావణంలో విజయవంతంగా సమతుల్యం చేసాము. రసాయన ప్రతిచర్యలలో వివిధ మూలకాలు ఎలా సంకర్షణ చెందుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ పద్ధతి మాకు సహాయపడుతుంది.

Introduction

Balancing redox reactions, especially in acid or base solutions, is a fundamental aspect of chemistry. The ion-electron method is an effective step-by-step approach for this purpose. It involves separating the oxidation and reduction half-reactions, balancing them independently, and then combining them. We will apply this method to balance the given redox equation in an acidic medium.

Balancing the Redox Reaction

  1. Identify the Oxidation and Reduction Half Reactions:
    • Oxidation half-reaction: $$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$$
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{−2} \rightarrow Cr^{+3}$$
  2. Balance Atoms Other than Oxygen and Hydrogen:
    • Oxidation half-reaction remains the same.
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{−2} \rightarrow 2Cr^{+3}$$
  3. Balance Oxygen Atoms Using Water:
    • Oxidation half-reaction: No change (no oxygen atoms present).
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{−2} \rightarrow 2Cr^{+3} + 7H_2O$$
  4. Balance Hydrogen Atoms Using H+ Ions:
    • Oxidation half-reaction: No change (no hydrogen atoms present).
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{−2} + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{+3} + 7H_2O$$
  5. Balance Charge Using Electrons:
    • Oxidation half-reaction: $$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3} + e^-$$
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{−2} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3} + 7H_2O$$
  6. Equalize Electrons and Add the Half-Reactions Together:
    • Oxidation half-reaction (multiplied by 6): $$6Fe^{+2} \rightarrow 6Fe^{+3} + 6e^-$$
    • Combined equation: $$6Fe^{+2} + Cr_2O_7^{−2} + 14H^+ \rightarrow 6Fe^{+3} + 2Cr^{+3} + 7H_2O$$

Summary

The balanced redox equation in an acidic medium is $$6Fe^{+2} + Cr_2O_7^{−2} + 14H^+ \rightarrow 6Fe^{+3} + 2Cr^{+3} + 7H_2O$$ This equation exemplifies the ion-electron method’s systematic approach to balancing redox reactions, ensuring mass and charge conservation.


SAQ-2 : Balance the following redox reaction by ion-electron method in acid medium: MnO4(aq) +SO2(g)→Mn(aq)+2 + HSO4(aq)

For Backbenchers 😎

Balancing redox reactions in acidic solutions might seem complicated, but there’s a systematic way to do it called the ion-electron method. Let’s break down the steps using an example involving $$MnO_4^-$$​ and SO2​ in an acidic solution.

First, we start with the initial equation: $$MnO_4^- + SO_2 \rightarrow Mn^{+2} + HSO_4^-$$

Next, we identify the oxidation and reduction half-reactions. The oxidation half-reaction is $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$ and the reduction half-reaction is $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2}$$

Now, we balance the atoms other than oxygen and hydrogen in both half-reactions. In the oxidation half-reaction, we have $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$ In the reduction half-reaction, we get $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

To balance the oxygen atoms, we add water molecules (H2O) where needed. In the oxidation half-reaction, we add 2H2​O to the left side. In the reduction half-reaction, we have $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

Now, we balance the hydrogen atoms by adding H+ ions. In the oxidation half-reaction, we add 4H+ to the right side. In the reduction half-reaction, we have $$MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

To balance the charges, we introduce electrons (e^-). In the oxidation half-reaction, we add 2�−2e− to the right side. In the reduction half-reaction, we have $$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

Now, we equalize the number of electrons in both half-reactions by multiplying the oxidation half-reaction by 5 and the reduction half-reaction by 2. After combining them, we arrive at the final balanced redox reaction in acidic medium:

$$2MnO_4^- + 5SO_2 + 6H_2O \rightarrow 2Mn^{+2} + 5HSO_4^- + 16H^+$$

In simple terms, this equation shows how to balance a redox reaction in acid using a step-by-step process, ensuring that the number of atoms and charges are equal on both sides of the equation. Remember to check for canceling out water and protons at the end to simplify the equation, if possible.

మన తెలుగులో

ఆమ్ల ద్రావణాలలో రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలను సమతుల్యం చేయడం సంక్లిష్టంగా అనిపించవచ్చు, కానీ అయాన్-ఎలక్ట్రాన్ పద్ధతి అని పిలువబడే ఒక క్రమబద్ధమైన మార్గం ఉంది. ఒక ఆమ్ల ద్రావణంలో $$MnO_4^-$$ మరియు SO2ని కలిగి ఉన్న ఉదాహరణను ఉపయోగించి దశలను విచ్ఛిన్నం చేద్దాం.

ముందుగా, మేము ప్రారంభ సమీకరణంతో ప్రారంభిస్తాము: $$MnO_4^- + SO_2 \rightarrow Mn^{+2} + HSO_4^-$$

తరువాత, మేము ఆక్సీకరణ మరియు తగ్గింపు సగం-ప్రతిచర్యలను గుర్తిస్తాము. ఆక్సీకరణ సగం చర్య $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$ మరియు తగ్గింపు సగం చర్య $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2}$$

ఇప్పుడు, మేము ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ కాకుండా ఇతర అణువులను రెండు అర్ధ-ప్రతిచర్యలలో సమతుల్యం చేస్తాము. ఆక్సీకరణ అర్ధ-ప్రతిచర్యలో, మనకు $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$ తగ్గింపు సగం ప్రతిచర్యలో, మేము $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$ని పొందుతాము

ఆక్సిజన్ అణువులను సమతుల్యం చేయడానికి, మేము అవసరమైన చోట నీటి అణువులను (H2O) జోడిస్తాము. ఆక్సీకరణ సగం చర్యలో, మేము ఎడమ వైపుకు 2H2Oని జోడిస్తాము. తగ్గింపు సగం ప్రతిచర్యలో, మేము $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$ని కలిగి ఉన్నాము

ఇప్పుడు, మేము H+ అయాన్లను జోడించడం ద్వారా హైడ్రోజన్ అణువులను సమతుల్యం చేస్తాము. ఆక్సీకరణ సగం చర్యలో, మేము కుడి వైపున 4H+ని జోడిస్తాము. తగ్గింపు హాఫ్-రియాక్షన్‌లో, మాకు $$MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

ఛార్జీలను సమతుల్యం చేయడానికి, మేము ఎలక్ట్రాన్లను (e^-) పరిచయం చేస్తాము. ఆక్సీకరణ సగం-ప్రతిచర్యలో, మేము 2−2e−ని కుడి వైపుకు జోడిస్తాము. తగ్గింపు హాఫ్-రియాక్షన్‌లో, మాకు $$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

ఇప్పుడు, మేము ఆక్సీకరణ సగం ప్రతిచర్యను 5 మరియు తగ్గింపు సగం ప్రతిచర్యను 2 ద్వారా గుణించడం ద్వారా రెండు అర్ధ-ప్రతిచర్యలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను సమం చేస్తాము. వాటిని కలిపిన తర్వాత, మేము ఆమ్ల మాధ్యమంలో చివరి సమతుల్య రెడాక్స్ ప్రతిచర్యకు చేరుకుంటాము:

$$2MnO_4^- + 5SO_2 + 6H_2O \rightarrow 2Mn^{+2} + 5HSO_4^- + 16H^+$$

సరళంగా చెప్పాలంటే, ఈ సమీకరణం ఒక దశల వారీ ప్రక్రియను ఉపయోగించి యాసిడ్‌లో రెడాక్స్ ప్రతిచర్యను ఎలా సమతుల్యం చేయాలో చూపిస్తుంది, సమీకరణం యొక్క రెండు వైపులా అణువులు మరియు ఛార్జీల సంఖ్య సమానంగా ఉండేలా చూస్తుంది. వీలైతే, సమీకరణాన్ని సరళీకృతం చేయడానికి చివరిలో నీరు మరియు ప్రోటాన్‌లను రద్దు చేయడం కోసం తనిఖీ చేయడం గుర్తుంచుకోండి.

Introduction

Balancing redox reactions, particularly in acidic solutions, can be complex. The ion-electron method offers a systematic approach to achieve this. We will apply this method to balance the given redox reaction involving $$MnO_4^-$$​ and SO2​ in an acidic medium.

Skeleton Equation: $$MnO_4^- + SO_2 \rightarrow Mn^{+2} + HSO_4^-$$

  1. Identify the Oxidation and Reduction Half Reactions:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2}$$
  2. Balance Atoms Other than Oxygen and Hydrogen:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_2 \rightarrow HSO_4^-$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2}$$
  3. Balance Oxygen Atoms Using Water:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_2 + 2H_2O \rightarrow HSO_4^-$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$
  4. Balance Hydrogen Atoms Using H+ Ions:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_2 + 2H_2O \rightarrow HSO_4^- + 4H^+$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$
  5. Balance Charge Using Electrons:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_2 + 2H_2O \rightarrow HSO_4^- + 4H^+ + 2e^-$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} + 4H_2O$$

Equalize Electrons and Add the Half-Reactions Together:

  1. Multiply the oxidation half-reaction by 5 and the reduction half-reaction by 2:
    $$5(SO_2 + 2H_2O) \rightarrow 5HSO_4^- + 20H^+ + 10e^-$$
    $$2(MnO_4^- + 8H^+ + 5e^-) \rightarrow 2Mn^{+2} + 8H_2O$$
  2. Combined equation: $$2MnO_4^- + 5SO_2 + 6H_2O \rightarrow 2Mn^{+2} + 5HSO_4^- + 16H^+$$
  3. Final Balanced Redox Reaction in Acidic Medium: $$2MnO_4^- + 5SO_2 + 6H_2O \rightarrow 2Mn^{+2} + 5HSO_4^- + 16H^+$$

Summary:

This balanced equation demonstrates the ion-electron method for balancing redox reactions in acidic media. It’s important to note that water

(H2O) and protons (H+) may sometimes cancel each other out, potentially simplifying the final equation. Checking for these at the end of the balancing process is a crucial step.


SAQ-3 : Balance the following redox reaction by ion-electron method in acid medium: Cr2O – 7(aq)-2 + SO3(aq-2→Cr(aq)+3 +SO4(aq)-2

For Backbenchers 😎

In the world of chemistry, we often encounter reactions where some elements gain electrons (reduction) and some lose electrons (oxidation). To balance these kinds of reactions in an acidic environment, we use a method called the ion-electron method. Let’s take an example to understand this method better.

Imagine a reaction between $$Cr_2O_7^{2-}$$ and $$SO_3^{2-}$$​ to form $$Cr^{3+}$$ and $$SO_4^{2-}$$ Our goal is to balance this equation step by step.

First, we identify the oxidation and reduction half-reactions. In our case, oxidation happens to $$SO_3^{2-}$$ turning it into $$SO_4^{2-}$$ and reduction happens to $$Cr_2O_7^{2-}$$ transforming it into $$Cr^{3+}$$

Next, we make sure that the number of atoms (except oxygen and hydrogen) is the same on both sides. In our case, we don’t need to change anything in this step.

Now comes the part where we balance the oxygen atoms using water and the hydrogen atoms using H+ ions. This helps make sure that the atoms of oxygen and hydrogen are equal on both sides. We adjust the equations accordingly.

After that, we balance the charges using electrons. In our case, we add electrons (e) to the equations to make sure that the charges on both sides of the reaction are balanced.

Now, we combine the two half-reactions into one equation. We need to make sure that the number of electrons gained and lost are the same, so we may have to multiply one or both of the half-reactions.

Finally, we have our balanced redox reaction in an acidic medium: $$Cr_2O_7^{2-} + 3SO_3^{2-} + 8H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 3SO_4^{2-} + 4H_2O$$

This process may seem complex, but it’s essential to ensure that chemical reactions follow the laws of conservation of mass and charge. Understanding this method can help students grasp the concept of balancing redox reactions in acidic environments.

మన తెలుగులో

కెమిస్ట్రీ ప్రపంచంలో, కొన్ని మూలకాలు ఎలక్ట్రాన్‌లను (తగ్గింపు) పొందుతాయి మరియు కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లను (ఆక్సీకరణం) కోల్పోయే ప్రతిచర్యలను మనం తరచుగా ఎదుర్కొంటాము. ఆమ్ల వాతావరణంలో ఈ రకమైన ప్రతిచర్యలను సమతుల్యం చేయడానికి, మేము అయాన్-ఎలక్ట్రాన్ పద్ధతి అనే పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాము. ఈ పద్ధతిని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక ఉదాహరణ తీసుకుందాం.

$$Cr^{3+}$$ మరియు $$SO_4^{2-}$$ మా రూపానికి $$Cr_2O_7^{2-}$$ మరియు $$SO_3^{2-}$$  మధ్య ప్రతిచర్యను ఊహించండి ఈ సమీకరణాన్ని దశలవారీగా సమతుల్యం చేయడం లక్ష్యం.

మొదట, మేము ఆక్సీకరణ మరియు తగ్గింపు సగం-ప్రతిచర్యలను గుర్తిస్తాము. మా విషయంలో, ఆక్సీకరణ $$SO_3^{2-}$$కి $$SO_4^{2-}$$కి మారుతుంది మరియు $$Cr_2O_7^{2-}$$కి తగ్గింపు $$Crగా మారుతుంది ^{3+}$$

తరువాత, అణువుల సంఖ్య (ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ మినహా) రెండు వైపులా ఒకే విధంగా ఉండేలా చూసుకుంటాము. మా విషయంలో, ఈ దశలో మనం దేనినీ మార్చాల్సిన అవసరం లేదు.

ఇప్పుడు మనం నీటిని ఉపయోగించి ఆక్సిజన్ అణువులను మరియు H+ అయాన్లను ఉపయోగించి హైడ్రోజన్ అణువులను సమతుల్యం చేసే భాగం వస్తుంది. ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ యొక్క పరమాణువులు రెండు వైపులా సమానంగా ఉండేలా ఇది సహాయపడుతుంది. మేము దానికి అనుగుణంగా సమీకరణాలను సర్దుబాటు చేస్తాము.

ఆ తరువాత, మేము ఎలక్ట్రాన్లను ఉపయోగించి ఛార్జీలను సమతుల్యం చేస్తాము. మా సందర్భంలో, ప్రతిచర్య యొక్క రెండు వైపులా ఛార్జీలు సమతుల్యంగా ఉన్నాయని నిర్ధారించుకోవడానికి మేము సమీకరణాలకు ఎలక్ట్రాన్‌లను (e−) జోడిస్తాము.

ఇప్పుడు, మేము రెండు అర్ధ-ప్రతిచర్యలను ఒక సమీకరణంగా కలుపుతాము. మనం పొందిన మరియు కోల్పోయిన ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ఒకేలా ఉండేలా చూసుకోవాలి, కాబట్టి మనం సగం ప్రతిచర్యలలో ఒకటి లేదా రెండింటినీ గుణించవలసి ఉంటుంది.

చివరగా, మేము మా సమతుల్య రెడాక్స్ ప్రతిచర్యను ఆమ్ల మాధ్యమంలో కలిగి ఉన్నాము: $$Cr_2O_7^{2-} + 3SO_3^{2-} + 8H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 3SO_4^{2-} + 4H_2O$ $

ఈ ప్రక్రియ సంక్లిష్టంగా అనిపించవచ్చు, కానీ రసాయన ప్రతిచర్యలు ద్రవ్యరాశి మరియు ఛార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ నియమాలను అనుసరిస్తాయని నిర్ధారించుకోవడం చాలా అవసరం. ఈ పద్ధతిని అర్థం చేసుకోవడం వల్ల విద్యార్థులు ఆమ్ల వాతావరణంలో రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలను సమతుల్యం చేసే భావనను గ్రహించడంలో సహాయపడుతుంది.

Introduction

Balancing redox reactions in an acidic medium can be efficiently achieved using the ion-electron method. This method involves balancing the oxidation and reduction half-reactions separately before combining them. We’ll apply this approach to the reaction between $$Cr_2O_7^{2-}$$​ and $$SO_3^{2-}$$​ to form $$Cr^{3+}$$ and $$SO_4^{2-}$$

Balancing the Redox Reaction

  1. Skeleton Equation: $$Cr_2O_7^{2-} + SO_3^{2-} \rightarrow Cr^{3+} + SO_4^{2-}​$$
  2. Identify Oxidation and Reduction Half Reactions:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_3^{2-} \rightarrow SO_4^{2-}​$$
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{2-} \rightarrow Cr^{3+}$$
  3. Balance Atoms Other than Oxygen and Hydrogen:
    • Oxidation half-reaction remains unchanged.
    • Reduction half-reaction remains unchanged.
  4. Balance Oxygen Atoms Using Water:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_3^{2-} \rightarrow SO_4^{2-}$$
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$$
  5. Balance Hydrogen Atoms Using H+ Ions:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_3^{2-} + H_2O \rightarrow SO_4^{2-} + 2H^+$$
    • Reduction half-reaction remains the same.
  6. Balance Charge Using Electrons:
    • Oxidation half-reaction: $$SO_3^{2-} + H_2O \rightarrow SO_4^{2-} + 2H^+ + 2e^-$$
    • Reduction half-reaction: $$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$$
  7. Equalize Electrons and Add the Half-Reactions Together:
    • Multiply the oxidation half-reaction by 3 and the reduction half-reaction by 1.
    • Combined equation: $$3(SO_3^{2-} + H_2O) + Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 3SO_4^{2-} + 6H^+ + 2Cr^{3+} + 7H_2O$$

Final Balanced Redox Reaction in Acidic Medium: $$Cr_2O_7^{2-} + 3SO_3^{2-} + 8H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 3SO_4^{2-} + 4H_2O$$

Summary

The balanced redox reaction in an acidic medium is This equation showcases the application of the ion-electron method to balance redox reactions. Each step, from identifying half-reactions to balancing charge and atoms, is critical for achieving a balanced equation that conserves mass and charge. Understanding this process is essential for students studying redox chemistry, as it provides a clear method for balancing complex redox equations.


SAQ-4 : Balance the following equation in Basic medium by ion-electron method: MnO4 + I→MnO2 + I2

For Backbenchers 😎

In simple terms, balancing a redox reaction in a basic environment can seem tricky, but there’s a method called the ion-electron method that helps us do it step by step. Let’s take an example of a reaction between two substances, $$MnO_4^-$$ and I^-, which form MnO2​ and I2​. We want to make sure the number of atoms and the electrical charge are all balanced in the final equation.

First, we write down the initial equation: $$MnO_4^- + I^- \rightarrow MnO_2 + I_2$$​ This equation is unbalanced, so we need to fix it.

Next, we split the reaction into two parts: oxidation and reduction. In the oxidation part, I^- turns into I2​, and in the reduction part, $$MnO_4^-$$ turns into MnO2​. We keep the number of atoms balanced in these two parts, but we need to adjust the charges.

To balance the charge, we add electrons (e^-). In the oxidation part, we need 2 electrons, and in the reduction part, we don’t need to add any electrons because it’s already balanced.

Now, we balance the atoms other than oxygen and hydrogen. In the oxidation part, we add a 2 in front of I^- to make it 2I^-. In the reduction part, we don’t change anything.

Then, we balance the oxygen atoms using water molecules. In the reduction part, we add 2 water molecules on the right side to balance the oxygen atoms.

To balance the hydrogen atoms, we use hydroxide ions (OH^-). In the reduction part, we add 4 OH^- on the left side.

Now, we have balanced the atoms, charge, oxygen, and hydrogen. Finally, we make sure the number of electrons is the same in both parts. In the oxidation part, we have 2 electrons, and in the reduction part, we have 8 electrons.

To equalize the number of electrons, we multiply the oxidation part by 4 and the reduction part by 1. Then, we add them together to get the final balanced equation:

$$2MnO_4^- + 4I^- + 8OH^- \rightarrow 2MnO_2 + 2I_2 + 4H_2O$$

This equation is balanced in a basic environment, and it shows us how to use the ion-electron method to make sure everything is just right. Understanding this method is important for students because it helps them tackle different types of chemical reactions in various situations.

మన తెలుగులో

సరళంగా చెప్పాలంటే, ప్రాథమిక వాతావరణంలో రెడాక్స్ ప్రతిచర్యను బ్యాలెన్స్ చేయడం గమ్మత్తైనదిగా అనిపించవచ్చు, కానీ అయాన్-ఎలక్ట్రాన్ పద్ధతి అని పిలువబడే ఒక పద్ధతి ఉంది, ఇది దశలవారీగా చేయడంలో మాకు సహాయపడుతుంది. MnO2 మరియు I2 ఏర్పడే $$MnO_4^-$$ మరియు I^- అనే రెండు పదార్ధాల మధ్య ప్రతిచర్య యొక్క ఉదాహరణను తీసుకుందాం. తుది సమీకరణంలో పరమాణువుల సంఖ్య మరియు విద్యుత్ ఛార్జ్ అన్నీ సమతుల్యంగా ఉన్నాయని మేము నిర్ధారించుకోవాలనుకుంటున్నాము.

ముందుగా, మేము ప్రారంభ సమీకరణాన్ని వ్రాస్తాము: $$MnO_4^- + I^- \rightarrow MnO_2 + I_2$$, ఈ సమీకరణం అసమతుల్యమైనది, కాబట్టి మనం దాన్ని పరిష్కరించాలి.

తరువాత, మేము ప్రతిచర్యను రెండు భాగాలుగా విభజించాము: ఆక్సీకరణ మరియు తగ్గింపు. ఆక్సీకరణ భాగంలో, I^- I2&గా మారుతుంది మరియు తగ్గింపు భాగంలో, $$MnO_4^-$$ MnO2 గా మారుతుంది. మేము ఈ రెండు భాగాలలో అణువుల సంఖ్యను సమతుల్యంగా ఉంచుతాము, అయితే మేము ఛార్జీలను సర్దుబాటు చేయాలి.

ఛార్జ్ సమతుల్యం చేయడానికి, మేము ఎలక్ట్రాన్లను (e^-) జోడిస్తాము. ఆక్సీకరణ భాగంలో, మనకు 2 ఎలక్ట్రాన్లు అవసరం, మరియు తగ్గింపు భాగంలో, మనం ఏ ఎలక్ట్రాన్లను జోడించాల్సిన అవసరం లేదు ఎందుకంటే ఇది ఇప్పటికే సమతుల్యంగా ఉంది.

ఇప్పుడు, మేము ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ కాకుండా ఇతర అణువులను సమతుల్యం చేస్తాము. ఆక్సీకరణ భాగంలో, మేము 2I^-గా చేయడానికి I^-కి ముందు 2ని జోడిస్తాము. తగ్గింపు భాగంలో, మేము దేనినీ మార్చము.

అప్పుడు, మేము నీటి అణువులను ఉపయోగించి ఆక్సిజన్ అణువులను సమతుల్యం చేస్తాము. తగ్గింపు భాగంలో, ఆక్సిజన్ అణువులను సమతుల్యం చేయడానికి మేము కుడి వైపున 2 నీటి అణువులను జోడిస్తాము.

హైడ్రోజన్ అణువులను సమతుల్యం చేయడానికి, మేము హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లను (OH^-) ఉపయోగిస్తాము. తగ్గింపు భాగంలో, మేము ఎడమ వైపున 4 OH^-ని జోడిస్తాము.

ఇప్పుడు, మేము అణువులు, ఛార్జ్, ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్‌లను సమతుల్యం చేసాము. చివరగా, రెండు భాగాలలో ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ఒకేలా ఉండేలా చూసుకుంటాము. ఆక్సీకరణ భాగంలో, మనకు 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి, మరియు తగ్గింపు భాగంలో, మనకు 8 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.

ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను సమం చేయడానికి, మేము ఆక్సీకరణ భాగాన్ని 4తో మరియు తగ్గింపు భాగాన్ని 1తో గుణిస్తాము. ఆపై, తుది సమతుల్య సమీకరణాన్ని పొందడానికి మేము వాటిని ఒకదానితో ఒకటి కలుపుతాము:

ఈ సమీకరణం ప్రాథమిక వాతావరణంలో సమతుల్యంగా ఉంటుంది మరియు ప్రతిదీ సరిగ్గా ఉందని నిర్ధారించుకోవడానికి అయాన్-ఎలక్ట్రాన్ పద్ధతిని ఎలా ఉపయోగించాలో ఇది చూపుతుంది. ఈ పద్ధతిని అర్థం చేసుకోవడం విద్యార్థులకు చాలా ముఖ్యం ఎందుకంటే ఇది వివిధ పరిస్థితులలో వివిధ రకాల రసాయన ప్రతిచర్యలను పరిష్కరించడంలో వారికి సహాయపడుతుంది.

Introduction

Balancing redox reactions in a basic medium requires a careful approach. The ion-electron method is a systematic technique used for this purpose. We will apply this method to balance the reaction between $$MnO_4^-$$ and I to form MnO2​ and I2​.

Balancing the Redox Reaction

  1. Skeleton Equation: $$MnO_4^- + I^- \rightarrow MnO_2 + I_2$$
  2. Identify Oxidation and Reduction Half Reactions:
    • Oxidation half-reaction: $$I^- \rightarrow I_2$$
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- \rightarrow MnO_2$$
  3. Balance Atoms Other than Oxygen and Hydrogen:
    • Oxidation half-reaction: $$2I^- \rightarrow I_2$$
    • Reduction half-reaction remains unchanged.
  4. Balance Oxygen Atoms Using Water Molecules:
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- \rightarrow MnO_2 + 2H_2O$$
  5. Balance Hydrogen Atoms Using Hydroxide Ions:
    • Reduction half-reaction: $$MnO_4^- + 4OH^- \rightarrow MnO_2 + 2H_2O + 4e^-$$
  6. Balance Charge Using Electrons:
    • Oxidation half-reaction: $$2I^- \rightarrow I_2 + 2e^-$$
    • Reduction half-reaction already balanced for charge.
  7. Equalize Electrons and Add the Half-Reactions Together:
    • Multiply the oxidation half-reaction by 2 and the reduction half-reaction by 1.
    • Combined equation: $$2MnO_4^- + 8OH^- + 4I^- \rightarrow 2MnO_2 + 4H_2O + 2I_2 + 8e^-$$

Final Balanced Redox Reaction in Basic Medium: $$2MnO_4^- + 4I^- + 8OH^- \rightarrow 2MnO_2 + 2I_2 + 4H_2O$$

Summary

The balanced redox reaction in a basic medium is $$2MnO_4^- + 4I^- + 8OH^- \rightarrow 2MnO_2 + 2I_2 + 4H_2O$$ This reaction is an excellent example of the ion-electron method applied in a basic environment, illustrating the importance of balancing both the mass and charge through each step of the process. Understanding this balancing technique is vital for students, as it equips them with the skills to address a range of redox reactions in different chemical environments.


SAQ-5 : A compound contains 4.07% hydrogen, 24.27% carbon and 71.65% chlorine. Its molar mass is 98.96 g. What are its empirical and molecular formulas?

For Backbenchers 😎

Alright, let’s break this down in simple terms. We want to figure out what a chemical compound is made of, and we’ll do this by finding its empirical and molecular formulas. Imagine this compound has hydrogen (H), carbon (C), and chlorine (Cl) in it.

First, we look at the percentages of these elements in the compound. We see that it’s 4.07% hydrogen, 24.27% carbon, and 71.65% chlorine. Now, we convert these percentages into something called “moles,” which helps us compare the amounts of these elements.

So, we find out that for every 100 grams of this compound, there are about 4.03 moles of hydrogen, 2.02 moles of carbon, and 2.02 moles of chlorine. Now, we want to simplify these numbers into a small whole number ratio. We divide them by the smallest number of moles, which is 2. So, our ratio becomes approximately 2:1:1.

This means the empirical formula of the compound is H2CCl.

Now, let’s talk about the molecular formula. We’re given the total molar mass of the compound, which is 98.96 g/mol. We calculate the molar mass of our empirical formula, which is 2 (from H) + 12 (from C) + 35.5 (from Cl), giving us 49.5 g/mol.

To find the molecular formula, we divide the total molar mass by the molar mass of our empirical formula. This gives us about 2. It means our molecular formula is twice as big as the empirical one.

So, the molecular formula is (H2CCl)2, which simplifies to C2H4Cl2.

In simple terms, we figured out that the compound is made up of two parts of our empirical formula put together. This whole process shows how we can find out what a compound is made of using percentages and molar masses.

మన తెలుగులో

సరే, దీన్ని సాధారణ పదాలలో విడదీద్దాం. రసాయన సమ్మేళనం దేనితో తయారు చేయబడిందో మేము గుర్తించాలనుకుంటున్నాము మరియు దాని అనుభావిక మరియు పరమాణు సూత్రాలను కనుగొనడం ద్వారా మేము దీన్ని చేస్తాము. ఈ సమ్మేళనంలో హైడ్రోజన్ (H), కార్బన్ (C), మరియు క్లోరిన్ (Cl) ఉన్నట్లు ఊహించుకోండి.

మొదట, మేము సమ్మేళనంలోని ఈ మూలకాల శాతాలను పరిశీలిస్తాము. ఇది 4.07% హైడ్రోజన్, 24.27% కార్బన్ మరియు 71.65% క్లోరిన్ అని మేము చూస్తాము. ఇప్పుడు, మేము ఈ శాతాలను “మోల్స్”గా మారుస్తాము, ఇది ఈ మూలకాల మొత్తాలను పోల్చడానికి మాకు సహాయపడుతుంది.

కాబట్టి, ఈ సమ్మేళనం యొక్క ప్రతి 100 గ్రాములలో, హైడ్రోజన్ యొక్క 4.03 మోల్స్, 2.02 మోల్స్ కార్బన్ మరియు 2.02 మోల్స్ క్లోరిన్ ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము. ఇప్పుడు, మేము ఈ సంఖ్యలను చిన్న పూర్ణ సంఖ్య నిష్పత్తిగా సరళీకరించాలనుకుంటున్నాము. మేము వాటిని అతి తక్కువ సంఖ్యలో మోల్స్‌తో విభజిస్తాము, అది 2. కాబట్టి, మన నిష్పత్తి సుమారుగా 2:1:1 అవుతుంది.

దీని అర్థం సమ్మేళనం యొక్క అనుభావిక సూత్రం H2CCl.

ఇప్పుడు, పరమాణు సూత్రం గురించి మాట్లాడుకుందాం. మేము సమ్మేళనం యొక్క మొత్తం మోలార్ ద్రవ్యరాశిని అందించాము, ఇది 98.96 గ్రా/మోల్. మేము మా అనుభావిక సూత్రం యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశిని గణిస్తాము, ఇది 2 (H నుండి) + 12 (C నుండి) + 35.5 (Cl నుండి), మాకు 49.5 g/mol ఇస్తుంది.

పరమాణు సూత్రాన్ని కనుగొనడానికి, మేము మొత్తం మోలార్ ద్రవ్యరాశిని మా అనుభావిక సూత్రం యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశితో విభజిస్తాము. ఇది మనకు దాదాపు 2 ఇస్తుంది. దీని అర్థం మన మాలిక్యులర్ ఫార్ములా అనుభావికమైనది కంటే రెండు రెట్లు పెద్దది.

కాబట్టి, పరమాణు సూత్రం (H2CCl)2, ఇది C2H4Cl2కి సులభతరం చేస్తుంది.

సరళంగా చెప్పాలంటే, సమ్మేళనం మా అనుభావిక సూత్రంలోని రెండు భాగాలతో రూపొందించబడిందని మేము కనుగొన్నాము. శాతాలు మరియు మోలార్ ద్రవ్యరాశిని ఉపయోగించి సమ్మేళనం ఏమి తయారు చేయబడిందో మనం ఎలా కనుగొనగలమో ఈ మొత్తం ప్రక్రియ చూపిస్తుంది.

Introduction

Determining the empirical and molecular formulas of a compound is a fundamental aspect of chemistry. This involves analyzing the compound’s composition and its molar mass. We will calculate these formulas for a compound composed of hydrogen, carbon, and chlorine.

Determining the Empirical Formula

  1. Given Compound Composition:
    • Hydrogen (H): 4.07%
    • Carbon (C): 24.27%
    • Chlorine (Cl): 71.65%
  2. Convert Percentages to Moles:
    • Moles of H: $$\frac{4.07\text{ g}}{1.01\text{ g/mol}} \approx 4.03 \text{ moles}$$
    • Moles of C: $$\frac{24.27\text{ g}}{12.01\text{ g/mol}} \approx 2.02 \text{ moles}$$
    • Moles of Cl: $$\frac{71.65\text{ g}}{35.45\text{ g/mol}} \approx 2.02 \text{ moles}$$
  3. Determine the Simplest Whole Number Ratio: Divide all mole values by the smallest number of moles: H:C:Cl ratio becomes approximately 2:1:1.
  4. Empirical Formula: Based on the ratio, the empirical formula is H2​CCl.

Determining the Molecular Formula

  1. Molar Mass of the Compound: Given molar mass: 98.96 g/mol.
  2. Molar Mass of the Empirical Formula: Calculated as: 2 (from H) + 12 (from C) + 35.5 (from Cl) = 49.5 g/mol.
  3. Divide Molar Masses to Find Ratio: Divide the given molar mass by the empirical formula’s molar mass: $$\frac{98.96\text{ g/mol}}{49.5\text{ g/mol}} \approx 2$$
  4. Molecular Formula: Multiply the empirical formula by the ratio (2): (H2​CCl)2​ simplifies to C2​H4​Cl2​.

Summary

The empirical formula of the compound is H2​CCl and the molecular formula is C2​H4​Cl2​. This process demonstrates the essential steps in deriving empirical and molecular formulas from given composition percentages and molar mass.


SAQ-6 : A carbon compound contains 12.8%carbon, 2.1% hydrogen, 85.1% bromine. The molecular weight of the compound is 187.9. Calculate the molecular formula.

For Backbenchers 😎

Imagine we have a mystery chemical, and we want to figure out what it’s made of. We know it has carbon (C), hydrogen (H), and bromine (Br) in it. To do this, we’ll find two important things: the “empirical formula” and the “molecular formula.”

First, we look at the percentages of these elements in the chemical. It’s 12.8% carbon, 2.1% hydrogen, and a big 85.1% bromine. Now, we need to change these percentages into a unit called “moles,” which helps us compare different elements.

So, we calculate how many moles of each element are in the chemical. For example, for carbon, we take 12.8% and divide it by the molar mass of carbon (which is about 12.01 g/mol). We do similar calculations for hydrogen and bromine.

Next, we want to simplify these moles into the simplest whole number ratio. In our case, it turns out to be 1:2:1 for C:H:Br. This ratio helps us find the “empirical formula,” which is like the basic building block of our mystery chemical. So, we get CH2Br as our empirical formula.

Now, we move on to the “molecular formula.” We’re given the total weight of the chemical, which is 187.9 g/mol. We calculate the weight of our empirical formula (CH2Br), and it’s about 63.07 g/mol.

To find the molecular formula, we divide the total weight by the weight of our empirical formula. This gives us a number around 2. It tells us that the molecular formula is twice as big as the empirical one.

So, the final answer is the molecular formula of our mystery chemical is C2H4Br2. This process is super important in chemistry because it helps us figure out what actual compounds are made of, and that’s essential for understanding how chemicals work.

మన తెలుగులో

మన దగ్గర ఒక రహస్య రసాయనం ఉందని ఊహించుకోండి మరియు అది దేనితో తయారు చేయబడిందో మనం గుర్తించాలనుకుంటున్నాము. దానిలో కార్బన్ (C), హైడ్రోజన్ (H), మరియు బ్రోమిన్ (Br) ఉన్నాయని మనకు తెలుసు. దీన్ని చేయడానికి, మేము రెండు ముఖ్యమైన విషయాలను కనుగొంటాము: “అనుభావిక సూత్రం” మరియు “మాలిక్యులర్ ఫార్ములా.”

మొదట, మేము రసాయనంలో ఈ మూలకాల శాతాన్ని పరిశీలిస్తాము. ఇది 12.8% కార్బన్, 2.1% హైడ్రోజన్ మరియు పెద్ద 85.1% బ్రోమిన్. ఇప్పుడు, మేము ఈ శాతాలను “మోల్స్” అని పిలిచే యూనిట్‌గా మార్చాలి, ఇది విభిన్న మూలకాలను పోల్చడానికి మాకు సహాయపడుతుంది.

కాబట్టి, రసాయనంలో ప్రతి మూలకం యొక్క ఎన్ని మోల్స్ ఉన్నాయో మేము లెక్కిస్తాము. ఉదాహరణకు, కార్బన్ కోసం, మేము 12.8% తీసుకుంటాము మరియు దానిని కార్బన్ యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశితో విభజిస్తాము (ఇది సుమారు 12.01 గ్రా/మోల్). హైడ్రోజన్ మరియు బ్రోమిన్ కోసం మేము ఇలాంటి లెక్కలను చేస్తాము.

తరువాత, మేము ఈ మోల్‌లను సరళమైన పూర్ణ సంఖ్య నిష్పత్తికి సరళీకరించాలనుకుంటున్నాము. మా విషయంలో, ఇది C:H:Br కోసం 1:2:1గా మారుతుంది. ఈ నిష్పత్తి “అనుభావిక సూత్రాన్ని” కనుగొనడంలో మాకు సహాయపడుతుంది, ఇది మన రహస్య రసాయనం యొక్క ప్రాథమిక బిల్డింగ్ బ్లాక్ లాంటిది. కాబట్టి, మేము CH2Brని మా అనుభావిక సూత్రంగా పొందుతాము.

ఇప్పుడు, మేము “మాలిక్యులర్ ఫార్ములా”కి వెళ్తాము. రసాయనం యొక్క మొత్తం బరువు మాకు ఇవ్వబడింది, ఇది 187.9 గ్రా/మోల్. మేము మా అనుభావిక ఫార్ములా (CH2Br) బరువును గణిస్తాము మరియు ఇది దాదాపు 63.07 గ్రా/మోల్.

పరమాణు సూత్రాన్ని కనుగొనడానికి, మేము మొత్తం బరువును మా అనుభావిక సూత్రం యొక్క బరువుతో భాగిస్తాము. ఇది మనకు 2 చుట్టూ ఉన్న సంఖ్యను ఇస్తుంది. ఇది పరమాణు సూత్రం అనుభావికమైన దాని కంటే రెండు రెట్లు పెద్దదని చెబుతుంది.

కాబట్టి, చివరి సమాధానం మన రహస్య రసాయనం యొక్క పరమాణు సూత్రం C2H4Br2. కెమిస్ట్రీలో ఈ ప్రక్రియ చాలా ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది అసలు సమ్మేళనాలు దేనితో తయారు చేయబడతాయో గుర్తించడంలో మాకు సహాయపడుతుంది మరియు రసాయనాలు ఎలా పనిచేస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది చాలా అవసరం.

Introduction

Calculating the molecular formula of a compound requires understanding its composition and molar mass. We will determine the molecular formula for a compound containing carbon, hydrogen, and bromine, given its percentage composition and molecular weight.

Empirical Formula Determination

  1. Given Compound Composition:
    • Carbon (C): 12.8%
    • Hydrogen (H): 2.1%
    • Bromine (Br): 85.1%
  2. Convert Percentages to Moles:
    • Moles of C: $$\frac{12.8\%}{12.01\, \text{g/mol}}$$
    • Moles of H: $$\frac{2.1\%}{1.008\, \text{g/mol}}$$
    • Moles of Br: $$\frac{85.1\%}{79.904\, \text{g/mol}}$$
  3. Determine Simplest Whole Number Ratio: Calculate the smallest whole number ratio of C:H:Br.
  4. Empirical Formula: Based on the ratio, derive the empirical formula (e.g., CH2​Br).

Molecular Formula Calculation

  1. Molar Mass of the Compound: Given molecular weight: 187.9 g/mol.
  2. Molar Mass of the Empirical Formula: Calculate the molar mass based on the empirical formula.
  3. Ratio of Molecular Weight to Empirical Formula Weight: Divide the given molecular weight by the empirical formula’s molar mass.
  4. Determine the Molecular Formula: Multiply the empirical formula by the ratio obtained in the previous step.
  5. Final Molecular Formula: The molecular formula of the compound (e.g., C2​H4​Br2​).

Summary

The molecular formula of the compound is derived by first determining the empirical formula based on its percentage composition. The ratio of the molecular weight to the empirical formula weight gives the multiplier for the empirical formula to obtain the molecular formula. In this case, the molecular formula of the compound is determined to be C2​H4​Br2​. This method is critical in the field of chemistry for identifying the actual molecular structure of compounds.