Chemia - laboratorium

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Chemia - laboratorium"

Antoni Janik
7 lat temu
Przeglądów:

Tomasz Brylewski e-mail: brylew@agh.edu.pl tel.

1 Chemia - laboratorium Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Studia stacjonarne, Rok I, Semestr zimowy 01/1 Dr hab. inż. Tomasz Brylewski brylew@agh.edu.pl tel Katedra Fizykochemii i Modelowania Procesów Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki A, I p., pokój 105 Konsultacje: wtorek 10:00-11:00

2 Laboratorium X Reakcje utleniania i redukcji pojęcie stopnia utlenienia pierwiastka i zasady jego określania, definicja reakcji utleniania i redukcji oraz utleniacza i reduktora, klasyfikacja reakcji utleniania i redukcji, zasady bilansowania równań reakcji utleniania i redukcji, wpływ środowiska ph na kierunek reakcji redox.

3 - wprowadzenie Reakcje chemiczne dzielą się na dwa zasadnicze rodzaje: reakcje przebiegające bez wymiany elektronów między reagującymi substancjami, reakcje utleniania i redukcji (redox lub oksydacyjno redukcyjne) przebiegające z przenoszeniem elektronów zmiana stopnia utleniania atomów (jonów), obojętny atom pierwiastka posiada określoną liczbę elektronów (n e ) Z (l. atomowa) n p (l. protonów), pierwiastki wiążą się w związki chemiczne z lub liczbą elektronów od Z: n e Z atom o formalnym ładunku ujemnym, n e Z atom o formalnym ładunku dodatnim.

4 Stopień utlenienia pierwiastka: Reakcje utleniania i redukcji - pojęcie stopnia utleniania liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jaką można by przypisać atomom tego pierwiastka, gdyby w jego cząsteczkach występowały wyłącznie wiązania jonowe, liczbę elektronów, związanych z atomem danego pierwiastka w związku chemicznym, które stanowią nadmiar lub niedomiar elektronów, w stosunku do liczby atomowej tego pierwiastka. w jednoatomowych jonach nadmiar e stopień utlenienia, w jednoatomowych jonach niedomiar e + stopień utlenienia. Pierwiastki w stanie wolnym oraz związki chemiczne stopień utlenienia = 0, stopień utlenienia pojęcie umowne podaje się cyfrą arabską ze znakiem + lub umieszczoną za symbolem pierwiastka, np. Co +, C -, C /8-.

5 - zasady określania stopnia utleniania Zasady określania stopnia utlenienia: 1. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki wynosi zero w przypadku złożonego jonu suma stopni utlenienia atomów wchodzących w jego skład równa się ładunkowi jonu.. Pierwiastkom w stanie wolnym przypisuje się stopień utlenienia równy zeru.. Fluor we wszystkich swych połączeniach występuje na stopniu utlenienia 1.. Wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenienia równy 1+ wyjątki: wodorki litowców i berylowców H 1- w LiH, CaH, Tlen w swych połączeniach występuje na stopniu utlenienia wyjątki: O 1/- w BaO i H O oraz O + w OF. np. C w H CO?: 1 x x 0 np. Cr w CrO -?: x x 6 C + (jednostkowy stopień utlenienia), Cr 6+ (jednostkowy stopień utlenienia).

6 definicje Proces utleniania związany ze stopnia utlenienia (oddawanie elektronów przez atomy lub jony). Proces redukcji związany ze stopnia utlenienia (przyłączanie elektronów przez atomy lub jony). Utleniacz substancja zawierająca atomy stopień utlenienia. Reduktor substancja zawierająca atomy stopień utlenienia. Reakcja powstawania siarczku miedzi(ii): Cu S CuS równanie reakcji redox reakcje połówkowe opisujące proces utleniania i redukcji: o Cu reduktor o S utleniacz e Cu utleniacz e S reduktor proces utleniania proces redukcji

7 definicje, cd. Reakcji utleniania towarzyszy n e związanych z atomem danego pierwiastka, który został utleniony. Reakcji redukcji towarzyszy n e związanych z atomem tego pierwiastka, który został zredukowany. W reakcjach redox elektrony to reagenty chemiczne są przyłączane przez substancje ulegające redukcji z taką samą szybkością, z jaką są oddawane przez substancje ulegające utlenieniu. Sprzężenie procesu utleniania i redukcji prawo zachowania ładunku całkowita n e utraconych = n e uzyskanych wolne elektrony nie istnieją w środowisku reakcji.

8 - klasyfikacja Reakcje utleniania i redukcji dzieli się na trzy grupy: 1. Reakcje utleniania-redukcji międzyatomowej lub międzycząsteczkowej utleniacz i reduktor są różnymi substancjami (reakcje syntezy i pojedynczej wymiany): Ca O CaO FeCuSO CuFeSO. Reakcje samoutleniania i samoredukcji (dysproporcjonowania) atom tego samego pierwiastka równocześnie utlenia się i redukuje: HNO HNO NOHO. Reakcje utleniania redukcji wewnątrz cząsteczkowej atomy ulegające redukcji i utlenianiu wchodzą w skład tej samej cząsteczki (reakcje rozkładu związków z wydzieleniem pierwiastków w stanie wolnym): KClO O KCl

9 - bilansowanie Zasady bilansowania równań reakcji redoks: 1. Prawidłowe zapisanie wzorów lub symboli wszystkich substratów i produktów.. Określenie stopni utlenienia poszczególnych pierwiastków.. Ustalenie, która z substancji jest utleniaczem, a która reduktorem.. Ustalenie współczynników przy poszczególnych związkach, w oparciu o liczbę elektronów oddanych przez atom lub jon reduktora i pobranych przez atom lub jon utleniacza. 5. Sprawdzenie, czy ostateczne równanie jest prawidłowo uzgodnione i spełnia prawo zachowania pierwiastka i ładunku.

10 - przykłady Przykład 1 Ułożyć równanie reakcji pomiędzy miedzią i kwasem azotowym (V) o niewielkim stężeniu. Cu HNO Rozwiązanie: Cu HNO CuNO NO Pierwiastki zmieniające stopień utleniania: Cu o Cu + oraz N 5+ N + Równania połówkowe: Cu o e Cu / proces utleniania 5 N e N / proces redukcji Zgodnie z prawem zachowania ładunku liczba elektronów oddanych = liczbie elektronów pobranych przy doborze współczynników szukamy najmniejszej wspólnej wielokrotności liczby elektronów biorących udział w reakcji redox: Cu N o 5 6e Cu 6e N

11 - przykłady, cd. Zatem: Cu HNO Cu NO NO Kwas azotowy jest użyty nie tylko w procesie utleniania, lecz także przy tworzeniu soli Cu(NO ) ponieważ powstają jony Cu +, należy dodać 6 cząsteczek kwasu: Cu 8HNO Cu NO NO Zgodnie z prawem zachowania pierwiastka nadmiar 8 atomów H i atomów O po lewej stronie równania = cząsteczkom H O po prawej stronie równania: NO NO H O Cu 8HNO Cu

12 - przykłady, cd. Przykład Ułożyć równanie reakcji redukcji chlorku żelaza(iii) FeCl chlorkiem cyny(ii) SnCl. Rozwiązanie: Reakcja pomiędzy elektrolitami w roztworze wodnym równanie w postaci jonowej: Jony Fe + redukują się do Fe +, a jony Sn + utleniają się do Sn + : Fe Sn Fe Sn Sn e Sn / 1 proces utleniania zatem: Fe Sn e Fe e Sn / proces redukcji Fe e Fe Uzgodnione równanie reakcji: Fe Sn Fe Sn

13 - przykłady, cd. Przykład Ułożyć równanie reakcji redoks pomiędzy siarczanem(iv) sodu a manganianem potasu(vii). KMnO NaSO Rozwiązanie: W zależności od ph środowiska przebiegu reakcji, jony manganu(vii) Mn 7+ redukują się do: Mn +, Mn +, Mn 6+. a) w środowisku kwaśnym Mn 7+ redukuje się do Mn +, natomiast S + utlenia się do S 6+ KMnO NaSO HSO NaSO MnSO KSO HO S e S 6 / 5 proces utleniania 5S 10e 5S 6 Mn 7 5e Mn / proces redukcji Mn KMnO 5NaSO HSO 5NaSO MnSO KSO HO MnO 5SO 6H 5SO Mn HO 7 10e Mn

14 - przykłady, cd. b) w środowisku obojętnym Mn 7+ redukuje się do Mn +, natomiast S + utlenia się do S 6+ S e S 6 KMnO NaSO HO MnO NaSO / proces utleniania S KOH 6e S 6 Mn 7 e Mn / proces redukcji Mn 7 6e Mn KMnO NaSO HO MnO NaSO MnO SO H O MnO SO KOH c) w środowisku zasadowym Mn 7+ redukuje się do Mn 6+, natomiast S + utlenia się do S 6+ KMnO NaSO KOH KMnO NaSO HO OH S e S 6 / 1 proces utleniania S e S 6 Mn 7 1e Mn 6 / proces redukcji Mn KMnO NaSO KOH KMnO NaSO HO MnO SO OH MnO SO H O 7 e Mn 6

15 - przykłady, cd. Przykład Dobrać współczynniki reakcji utleniania siarczku arsenu(iii) kwasem azotowym(v). As S HNO HAsO HSO Rozwiązanie: reduktorem są równocześnie arsen i siarka w As S, utleniaczem jest azot w HNO As + utlenia się do As 5+, S - utlenia się do S 6+ natomiast N 5+ redukuje się do N + : NO S As e e S 6 As / 5 / proces utleniania 9S 6As 7e 9S 6 1e 6As 5 N 5 e N / 8 proces redukcji 8N 5 8e 8N As S 8HNO 6HAsO 9HSO H O AsS 8HNO 6HAsO 9HSO 8NO 8NO

16 - przykłady, cd. Przykład 5 Ułożyć równanie reakcji rozkładu chloranu(v) potasu na chlorek potasu i chloran(vii) potasu, będącej przykładem reakcji dysproporcjonowania. Rozwiązanie: KClO KCl KClO Cl 5 e Cl 7 / proces utleniania Cl 5 6e Cl 7 Cl 5 6e Cl 1 / 1 proces redukcji Cl 5 6e Cl 1 KClO KClO KCl KClO KClO KCl KClO

Podobne dokumenty

Reakcje utleniania i redukcji

Reakcje utleniania i redukcji Reguły ustalania stopni utlenienia 1. Pierwiastki w stanie wolnym (nie związane z atomem (atomami) innego pierwiastka ma stopień utlenienia równy (zero) 0 ; 0 Cu; 0 H 2 ;