Wykład 4. Reakcje utleniajaco-redukcyjne, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC


IV. Reakcje utleniająco-redukcyjne

1. Stopnie utlenienia

Rzeczywisty stopień utlenienia

Stopień utlenienia jest to liczba elektronów, jaką by dany pierwiastek przyjął (lub oddał) gdyby utworzone wiązanie miało charakter jonowy.

Jest to wielkość umowna

Stopnie utlenienia

  1. tlenu -2 (z wyjątkiem nadtlenków H2O2, Na2O2),

ponadtlenków (KO2) i fluorku tlenu (OF2)

  1. wodoru +1 (z wyjątkiem wodorków metali -1 st. utl.)

  2. w stanie wolnym pierwiastka 0

  3. suma stopni utlenienia wszystkich atomów tworzących

cząsteczkę wynosi 0

cząsteczka: H2SO4

siarka: 2(+1) + x + 4(-2) = 0 x = +6

anion: Cr2O72-

chrom: 2x + 7(-2) = -2 x = +6

kation: VO2 +

wanad: x + 2(-2) = +1 x = +5

Formalny stopień utlenienia

np. ołów w Pb3O4

tlen 4(-2) = - 8

3 atomy Pb +8

1 atom Pb +8/3

Jest to tzw. formalny stopień utlenienia. Jak to wyjaśnić?

0x08 graphic
0x08 graphic
O

0x08 graphic

0x08 graphic
O

0x08 graphic
Pb(+2)

0x08 graphic
Pb(+4)

0x08 graphic

Pb(+2)

0x08 graphic
O

O

Formalny stopień utlenienia nie musi być liczbą całkowitą. Tutaj wynosi on +8/3.

2. Reakcje utleniająco  -  redukcyjne - dobieranie współczynników

a. Metoda uproszczona

0x08 graphic
0x08 graphic
Cu + H+ + NO3- = Cu2+ + NO + H2O

0x08 graphic
0x08 graphic
redukcja

0x08 graphic
N(+5) +  3e N(+2)

utleniacz

utlenienie

0x08 graphic
Cu(0) Cu(+2) + 2e

reduktor

Uzgadniamy współczynniki dla miedzi i azotu:

3Cu + H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + H2O

Następnie uzgadniamy współczynniki dla H+:

3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + H2O

Na końcu uzgadniamy wsp. Dla wody:

3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

b. Metoda równań połówkowych

1o Fe2+ + MnO4- + H+ = Fe3+ + Mn2+ + H2O

0x08 graphic
5x Fe2+ = Fe3+ + e utlenianie

0x08 graphic
1x MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O redukcja

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

2o CrO4 2- + H2O2 + ....... = CrO8 3- + .......

H2O2 w roli utleniacza (elektrony po lewej stronie)

H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O

3o MnO4- + H2O2 + ......... = Mn2+ + O2 + .....

H2O2 w roli reduktora (elektrony po prawej stronie):

H2O2 = 2H+ + O2 + 2e

4o Cu2S + NO3 - + ...... = Cu2+ + SO4 2-+ NO + ……

c. Reakcje dysproporcjonowania:

chlor jest jednocześnie utleniaczem i reduktorem!

0x08 graphic
Cl(+6) + e Cl(+5) redukcja

Cl(+6) Cl(+7) + e utlenianie

0x08 graphic

Cl2O6 + 2OH- = ClO3- + ClO4 - + H2O

2.2. Reakcje połówkowe - półogniwa (elektrody)

Każdą reakcję utleniająco-redukcyjną można zapisać w postaci 2 reakcji połówkowych, czyli reakcji utleniania i redukcji.

Np. w reakcji:

Fe 2+ + MnO4- + H+= Fe3+ + Mn2+ + H2O

Wyróżnić można:

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

utlenienie: Fe2+ Fe3+ + 1e

Każda z tych połówkowych reakcji stanowić może tzw. półogniwo (elektrodę).

Utl + ne Red

2.3. Wzór Nernsta

Każde półogniwo (elektroda) ma określoną wartość potencjału utleniająco - redukcyjnego. Wartość tego potencjału określa wzór Nernsta:

0x08 graphic

R - stała gazowa; 8,314 J/molK

T - temperatura, K

F - stała Faradaya; 96480 C/mol

n - liczba elektronów

a - aktywności (mol/dm3) formy utlenionej (oks) i zredukowanej (red)

W roztworze w którym aoks = ared:

E = Eo : potencjał standardowy

Dla elektrody metalicznej:

Men+ + ne = Me

0x01 graphic

0x08 graphic
W roztworach rozcieńczonych współczynniki aktywności są równe 1,00, więc:

0x08 graphic

czyli:

Wzór Nernsta dla wybranych elektrod (półogniw):

0x01 graphic

Szereg napięciowy dla wybranych metali:

silne reduktory

0x08 graphic
(metale)

Eo , V

metale nieszlachetne

Na+ /Na

Mg2+ /Mg

Al3+/ Al

Zn2+/ Zn

Fe2+/ Fe

Co2+/ Co

Ni2+/ Ni

Na+ + e = Na

Mg2+ + 2e = Mg

Al3+ + 3e = Al

Zn2+ + 2e = Zn

Fe2+ + 2e = Fe

Co2+ + 2e = Co

Ni2+ + 2e = Ni

-2,72

-2,36

-1,66

-0,76

-0,74

-0,28

-0,25

H+/ H2

2H+ + 2e = H2

0,00

metale szlachetne

Cu2+/ Cu

Ag+/ Ag

Au3+/ Au

Cu2+ + 2e = Cu

Ag+ + e = Ag

Au3+ + 3e = Au

+0,34

+0,80

+1,38

0x08 graphic
silne utleniacze

(jony metalu)

Potencjały standardowe wybranych półogniw niemetalicznych:

Eo, V

NO3- + 4H+ + 3e = NO + 2H2O

O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Cl2 + 2e = 2Cl-

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

Co3+ + e = Co2+

F2 + 2e = 2F-

+0,96

+1,23

+1,36

+1,51

+1,84

+2,87

2.4. Wnioski praktyczne

  1. Metal o niższym potencjale elektrochemiczny wypiera z roztworu metal o wyższym potencjale.

Zajdzie więc reakcja:

Fe + 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag

Jest to tzw. proces cementacji - jony metalu bardziej szlachetnego redukujemy do postaci metalicznej za pomocą metalu mniej szlachetnego.

Nie zajdzie natomiast reakcja:

Cu + Zn2+ = Cu2+ + Zn

2) Wodór może być wydzielany z roztworu przez metale o niższym potencjale a więc metale nieszlachetne:

Al + 3H+ = Al3+ + 3/2H2

Natomiast nie zajdzie reakcja:

Cu + 2H+ = Cu2+ + H2

3) Metale szlachetne roztwarzają się dopiero przy użyciu silnych utleniaczy, np. kwasów utleniających (HNO3, stężony gorący H2SO4)

0x01 graphic

0x08 graphic

Dobrać współczynniki do tej reakcji!

4) Utleniacz z pary utl/red o wyższym potencjale utleni reduktor z pary utl/red o niższym potencjale :

Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2 TAK

0x08 graphic

Koniec rozdz. IV-tego

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna, kurs WPC 1002w

15 / 15

Rozdział IV Reakcje utleniająco-redukcyjne

3e x 2

2e x 3

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wykład 3. Reakcje chemiczne, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 12. Reakcje jadrowe, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 9. Szybkosc reakcji chemicznych, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 3. Reakcje chemiczne, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 5. Elektronowa struktura atomu, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 2. Roztwory i stężenia, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 10.Równowaga chemiczna. Prawo działania mas, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DO
Wykład 1. Wstępne pojęcia chemiczne, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 11b. Elektrolity - cd., chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 11a. Elektrolity - kwasy, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) DOC
Wykład 7. Okresowosc wlasciwosci pierw. chemicznych, chemia, CHEMIA OGÓLNA -Walkowiak- (WPC 1002w) D
Wyklad 4. Reakcje utleniajaco-redukcyjne, pwr biotechnologia(I stopień), I semestr, Chemia ogó
W15S-Reakcje utlenienia-redukcji, chemia, szkolka
Walkowiak, Chemia ogólna, Reakcje utleniająco redukcyjne
Cw10 Reakcje utleniania i redukcji, Polibuda, II semestr, fizyka, FIZA, lab, Chemia laborki, chemia
Laboratorium 4 Reakcje utleniania i redukcji, Studia - Inżynieria materiałowa, Chemia ogólna i nieor
instrukcja - REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI, Inżynieria środowiska, inż, Semestr II, Chemia ogólna, l
Ćw. 10 i 11 - reakcje utleniania i redukcji - sprawko, Chemia ogólna i nieorganiczna

więcej podobnych podstron