ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Α ΤΟΜΟΣ. Προσανατολισμός Θετικών Σπουδών ΑΝΕΣΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΥ. Συνοδεύεται από βιβλίο λύσεων

Transcript

1 ΑΝΕΣΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Προσανατολισμός Θετικών Σπουδών Α ΤΟΜΟΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ - ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ - ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ - ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Συνοδεύεται από βιβλίο λύσεων

2 Εκπαιδευτικά βιβλία για το Λύκειο Ανέστης Θεοδώρου Χημεία Γ Λυκείου - Προσανατολισμός Θετικών σπουδών Α Τόμος ISBN: Επιμέλεια έκδοσης: Γιώτα Γκότση Γραφιστική επιμέλεια και σελιδοποίηση: Dtp Ελληνοεκδοτική - Αδάμ Σάμιος Σχεδίαση εξωφύλλου: DTP Ελληνοεκδοτικής, Λαέρτης Βίλα Πρώτη έκδοση: Ιούνιος 016 Παρούσα έκδοση: Ιούνιος 016, ΚΕΕΛ: 1/16 Copyright: ΔΒ ΕΛΛΗΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ ΑΕΕΕ, Ανέστης Θεοδώρου Απαγορεύεται η αναδημοσίευση και γενικά η αναπαραγωγή εν όλω ή εν μέρει έστω και μιας σελίδας ή και περιληπτικά, κατά παράφραση ή διασκευή, του παρόντος έργου με οποιονδήποτε τρόπο (μηχανικό, ηλεκτρονικό, φωτοτυπικό, ηχογραφήσεως ή άλλως πώς), σύμφωνα με τους Ν37/190, 4301/199 και 10074, τα ΝΔ 3565/56, 464/6, 11/93 και λοιπούς εν γένει κανόνες Διεθνούς Δικαίου, χωρίς προηγούμενη γραπτή άδεια του Εκδότη, ο οποίος παρακρατεί αποκλειστικά και μόνο για τον εαυτό του την κυριότητα, νομή και κατοχή Κεντρική διάθεση: ΔΒ ΕΛΛΗΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ ΑΕΕΕ ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΚΔΟΤΙΚΗ ΚΑΙ ΕΜΠΟΡΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ Ιπποκράτους 8, Αθήνα, Τηλ & Fax: wwwellinoekdotikigr, info@ellinoekdotikigr Επικοινωνήστε με τον συγγραφέα: Ανέστης Θεοδώρου: τηλ protypo13net@yahoogr Στη διεύθυνση wwwximeiagr ( hello@ximeiagr) μπορείτε να βρίσκετε υποστηρικτικό υλικό για το μάθημα της Χημείας (ασκήσεις, διαγωνίσματα, προτεινόμενα θέματα εξετάσεων)

3 Πρόλογος Ο Α τόμος του βιβλίου Χημεία Γ Λυκείου Προσανατολισμός Θετικών Σπουδών γράφτηκε σύμφωνα με τη νέα διδακτέα-εξεταστέα ύλη και το νέο αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών , συμπεριλαμβανομένων των Οδηγιών που ανακοίνωσε το Υπουργείο (171015) για τη διδασκαλία του μαθήματος Κατά τη συγγραφή του βιβλίου ακολουθήσαμε τις οδηγίες του Υπουργείου και επικεντρώσαμε την προσπάθειά μας αυστηρά στη νέα διδακτέα-εξεταστέα ύλη, ώστε το βιβλίο να περιλαμβάνει αυτά που είναι απαραίτητα για τους μαθητές/-τριες που θα επιλέξουν τον Προσανατολισμό Θετικών Σπουδών και να μην εγείρει απορίες ή να προκαλεί σύγχυση σε μαθητές και εκπαιδευτικούς σχετικά με το τι περιλαμβάνεται στην ύλη των εξετάσεων Με γνώμονα τα παραπάνω, σχεδιάσαμε τη δομή και οργανώσαμε την ύλη του βιβλίου, με στόχο να προσφέρουμε: στους μαθητές/-τριες την κατάλληλη θεωρητική υποστήριξη για τη βαθύτερη κατανόηση της εξεταστέας ύλης του μαθήματος, συμβάλλοντας ουσιαστικά στην επιτυχία τους στις Πανελλαδικές εξετάσεις και στους συναδέλφους εκπαιδευτικούς ένα εργαλείο για να οργανώσουν με τρόπο αποτελεσματικό τη διδασκαλία τους Ο Α τόμος περιλαμβάνει τα κεφάλαια της Οξειδοαναγωγής, της Θερμοχημείας, της Χημικής κινητικής, της Χημικής ισορροπίας και της Ιοντικής ισορροπίας Κάθε κεφάλαιο οργανώνεται σε ενότητες και περιέχει: Αναλυτική παρουσίαση της θεωρίας με εφαρμογές Μεθοδολογία με λυμένα παραδείγματα Θέματα αξιολόγησης σύμφωνα με το 1ο θέμα των εξετάσεων Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο, 3ο και 4ο θέμα των εξετάσεων Οι ασκήσεις που φέρουν υπογράμμιση λειτουργούν ως ασκήσεις εμπέδωσης της αμέσως προηγούμενης άσκησης, κάθε φορά Κριτήρια αξιολόγησης (διάρκειας 15 min και 60 min) Απαντήσεις στις ερωτήσεις ασκήσεις προβλήματα του σχολικού βιβλίου Ο Α τόμος συνοδεύεται από Βιβλίο Λύσεων που προσφέρεται δωρεάν και περιέχει τις απαντήσεις λύσεις των θεμάτων αξιολόγησης και των ασκήσεων Ο συγγραφέας Ανέστης Θεοδώρου Καθηγητής Χημείας

4

5 Κεφάλαιο 1ο Περιεχόμενα ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ Ενότητα 1η [11] Αριθμός οξείδωσης Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 13 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 18 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 4 Β Θέματα αντιστοίχισης 7 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 9 1ο Κριτήριο αξιολόγησης 31 Ενότητα η [1] Οξείδωση Αναγωγή Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 3 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 41 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 44 Β Θέματα αντιστοίχισης 45 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 46 ο Κριτήριο αξιολόγησης 49 Ενότητα 3η [13] Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 50 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 59 Θέματα αξιολόγησης Θέματα συμπλήρωσης 78 Ασκήσεις για λύση 87 3ο Κριτήριο αξιολόγησης 93

6 Κεφάλαιο ο ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Ενότητα 4η [1] Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μεταβολές Ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις Θερμότητα αντίδρασης - Ενθαλπία Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 97 Θέματα αξιολόγησης Θέματα πολλαπλής επιλογής 105 4ο Κριτήριο αξιολόγησης 108 Κεφάλαιο 3ο ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ Ενότητα 5η [31] Γενικά για τη χημική αντίδραση Ταχύτητα αντίδρασης Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 113 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 18 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 156 Β Θέματα αντιστοίχισης 160 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 16 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο θέμα των Εξετάσεων 168 5ο Κριτήριο αξιολόγησης 180 6ο Κριτήριο αξιολόγησης 181 Κεφάλαιο 4ο ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Ενότητα 6η [41] Η έννοια της χημικής ισορροπίας Απόδοση αντίδρασης Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 187 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 00 Θέματα αξιολόγησης Θέματα πολλαπλής επιλογής 14 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 18 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο θέμα των Εξετάσεων 1 7ο Κριτήριο αξιολόγησης 7

7 Ενότητα 7η [4] Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας Αρχή Le Chatelier Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 9 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 4 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 54 B Θέματα αντιστοίχισης 58 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 59 8ο Κριτήριο αξιολόγησης 63 Ενότητα 8η [43] Σταθερά χημικής ισορροπίας - K c Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 64 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 70 Θέματα αξιολόγησης Θέματα πολλαπλής επιλογής 74 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 75 9ο Κριτήριο αξιολόγησης 77 Ενότητα 9η [44] Ασκήσεις στη χημική ισορροπία Α κατηγορία ασκήσεων: Το σύστημα ξεκινά από μια αρχική κατάσταση και καταλήγει σε κατάσταση χημικής ισορροπίας Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 78 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο θέμα των Εξετάσεων 9 Β κατηγορία ασκήσεων: Το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας, η οποία διαταράσσεται (μετατόπιση χημικής ισορροπίας) Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 301 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο θέμα των Εξετάσεων 319

8 Κεφάλαιο 5ο ΟΞΕΑ ΒΑΣΕΙΣ και ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Ενότητα 10η [51-5] Οξέα Βάσεις και Ιοντισμός οξέων - βάσεων Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 39 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 346 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 351 Β Θέματα αντιστοίχισης 355 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων ο Κριτήριο αξιολόγησης 357 Ενότητα 11η [531] Ιοντισμός οξέων, βάσεων και νερού - ph Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 358 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 369 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 378 Β Θέματα αντιστοίχισης 383 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων ο Κριτήριο αξιολόγησης 385 Ενότητα 1η [53] Διαλύματα ισχυρών οξέων και ισχυρών βάσεων Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 387 Θέματα αξιολόγησης Θέματα πολλαπλής επιλογής 409 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 411 1ο Κριτήριο αξιολόγησης 415 Ενότητα 13η [533] Διαλύματα ασθενών οξέων και ασθενών βάσεων Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 417 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 430 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 466 Β Θέματα αντιστοίχισης 471 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 47 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο 4ο θέμα των Εξετάσεων ο Κριτήριο αξιολόγησης 484

9 Ενότητα 14η [534] Διαλύματα αλάτων Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 486 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 498 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 54 Β Θέματα αντιστοίχισης 53 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 533 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο 4ο θέμα των Εξετάσεων ο Κριτήριο αξιολόγησης 544 Ενότητα 15η [54] Επίδραση κοινού ιόντος Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 546 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 560 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 598 Β Θέματα αντιστοίχισης 603 Ασκήσεις για λύση ο Κριτήριο αξιολόγησης 64 Ενότητα 16η [55] Ρυθμιστικά διαλύματα (υδατικά διαλύματα δύο ηλεκτρολυτών) Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 66 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 644 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 677 Β Θέματα αντιστοίχισης 685 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 686 Ασκήσεις για λύση ο Κριτήριο αξιολόγησης 706

10 Ενότητα 17η Μελέτη της σύστασης διαλύματος που προκύπτει μετά από αντίδραση Διερεύνηση ph Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 708 Ασκήσεις για λύση 730 Ενότητα 18η [56] Δείκτες Ογκομέτρηση Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 74 Μεθοδολογία Λυμένα παραδείγματα 778 Θέματα αξιολόγησης Α Θέματα πολλαπλής επιλογής 798 Β Θέματα αντιστοίχισης 805 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων 807 Ασκήσεις για λύση σύμφωνα με το 3ο 4ο θέμα των Εξετάσεων ο Κριτήριο αξιολόγησης 84 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ Παράρτημα Ι: Μαθηματικές πράξεις 87 Παράρτημα ΙΙ: Απαραίτητες γνώσεις στα διαλύματα 89 Παράρτημα ΙΙΙ: Κυριότερες χημικές αντιδράσεις 841 Παράρτημα IV: Πίνακας κυριότερων οξειδωτικών και αναγωγικών ουσιών 845

11 Κεφάλαιο 1ο ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ Ενότητα 1η Αριθμός οξείδωσης Ενότητα η Οξείδωση Αναγωγή Ενότητα 3η Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

12

13 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Eνότητα 1η [11] Αριθμός Αριθµός οξείδωσης Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Αριθμός οξείδωσης Γνωρίζουμε ότι για τον σχηματισμό των χημικών τύπων και την ονοματολογία των ανόργανων ενώσεων δεχόμαστε ότι Νa + Cl ΝaCl αυτές αποτελούνται από δύο τμήματα, ένα θετικό (Θ x+ ) και ένα αρνητικό (A y ) Στην περίπτωση των ιοντικών ενώσεων, Ca + Cl 1 CaCl τα τμήματα αυτά είναι τα κατιόντα και τα ανιόντα και οι Al 3+ Al ( ) 3 αριθμοί x+ και y αντιπροσωπεύουν τα φορτία των ιόντων, πχ η ιοντική ένωση με χημικό τύπο Al ( ) 3 αποτελείται από τα ιόντα Al 3+ και Σε αντίθεση με τις ιοντικές, στις ομοιοπολικές ενώσεις, πχ HCl, H S, δεν υπάρχουν ιόντα Οπότε για τον σχηματισμό μοριακού τύπου έπρεπε να βρεθεί τρόπος, ώστε στις ομοιοπολικές ενώσεις να «φαίνεται» ότι υπάρχει θετικό και αρνητικό τμήμα Το πρόβλημα αυτό λύθηκε με τη χρήση του αριθμού οξείδωσης 1 Τι ορίζουμε ως Αριθμό Οξείδωσης (ΑΟ) ατόμου ή ιόντος; Α Για ιοντικές ενώσεις Αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ιοντική ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος Για παράδειγμα, η ιοντική ένωση CaCl αποτελείται από τα ιόντα Ca + και Cl, άρα ο αριθμός οξείδωσης κάθε ιόντος θα είναι το πραγματικό του φορτίο, δηλαδή το Ca έχει ΑΟ = +, ενώ το Cl έχει ΑΟ = 1 Παρατηρήστε ότι το φορτίο ενός ιόντος δηλώνεται με αριθμό και μετά το πρόσημο (+), ενώ ο ΑΟ δηλώνεται με το πρόσημο πρώτα και μετά τον αριθμό (+) 13

14 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης Β Για ομοιοπολικές ενώσεις Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου Α σε μια ομοιοπολική ένωση ΑΒ ορίζεται το φορτίο που φαίνεται (φαινομενικό φορτίο) ότι αποκτά το άτομο αυτό, αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ του Α και του Β αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο Για παράδειγμα, στην ομοιοπολική ένωση Η F το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού θεωρούμε ότι «αποδίδεται» στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο του δεσμού, δηλαδή στο F: Με τον τρόπο αυτό το F αποκτά φαινομενικό φορτίο 1, ενώ το Η φαινομενικό φορτίο 1+ Άρα στην ομοιοπολική ένωση ΗF, το Η έχει ΑΟ = +1, ενώ το F έχει ΑΟ = 1 Αντίστοιχα, στο νερό Η Ο Η (ομοιοπολική ένωση) τα δύο κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων των δύο απλών ομοιοπολικών δεσμών Η Ο θεωρούμε ότι «αποδίδονται» στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο, δηλαδή στο Ο Επομένως, το Ο αποκτά φαινομενικό φορτίο (1 από κάθε ζεύγος ηλεκτρονίων), ενώ κάθε Η αποκτά φαινομενικό φορτίο 1+ Άρα το Ο έχει ΑΟ =, ενώ το Η έχει ΑΟ = +1 Παρατήρηση Θυμίζουμε ότι ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου είναι η δύναμη (τάση) με την οποία το άτομο έλκει ηλεκτρόνια μέσα στα μόρια των ενώσεών του με άλλα άτομα Η ηλεκτραρνητικότητα αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά μέσα σε μία περίοδο του Περιοδικού Πίνακα και από κάτω προς τα πάνω μέσα στην ίδια ομάδα 14

15 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Παρακάτω δίνονται οι τιμές ηλεκτραρνητικότητας ορισμένων στοιχείων: Η(,1) Li(1,0) Be(1,5) B(,0) C(,5) N(3,0) O(3,5) F(4,0) Na(0,9) Mg(1,) Al(1,5) Si(1,8) P(,1) S(,5) Cl(3,0) K(0,8) Br(,8) Ποιοι είναι οι πρακτικοί κανόνες υπολογισμού του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση ή σε ένα ιόν; Πρακτικά, για να υπολογίσουμε τον αριθμό οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση ή σε ένα ιόν, ακολουθούμε τους παρακάτω κανόνες Οι πρακτικοί αυτοί κανόνες προκύπτουν με βάση τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης και τις τιμές ηλεκτραρνητικότητας των στοιχείων Οι κανόνες αυτοί είναι: 1 Στοιχεία Τα στοιχεία σε ελεύθερη κατάσταση πχ Na, Cl έχουν ΑΟ ίσο με το μηδέν Μονοατομικά ιόντα O ΑΟ ενός ατόμου σε μονατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος: πχ Al 3+ (AO = +3), Zn + (AO = +) 3 Αλογόνα To φθόριο (F) στις ενώσεις του έχει πάντα ΑΟ = 1 Καθένα από τα υπόλοιπα αλογόνα (Cl, Br, I) έχει σε δυαδικές ενώσεις ΑΟ = 1 (πχ ΗCl), εκτός από την περίπτωση όπου το δεύτερο στοιχείο είναι το οξυγόνο ή άλλο ηλεκτραρνητικότερο αλογόνο (Cl +1 F 1 ) 4 Οξυγόνο To οξυγόνο (O) στις ενώσεις του έχει ΑΟ =, εκτός από: + 1 το OF, όπου έχει AO = + και O + + τα υπεροξείδια πχ H (H O O H), όπου έχει AO = 1 5 Υδρογόνο O ΑΟ του υδρογόνου (H) είναι: , όταν ενώνεται με αμέταλλα, πχ HCl , όταν ενώνεται με μέταλλα, πχ στα υδρίδια Na H, Ca H 15

16 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης 6 Μέταλλα Τα μέταλλα στις ενώσεις τους έχουν θετικό ΑΟ (πχ Fe +, Mn +7 ) Τα αλκάλια (πχ K, Na) έχουν ΑΟ = +1, ενώ οι αλκαλικές γαίες (πχ Ca, Mg) έχουν ΑΟ = + 7 Ενώσεις και πολυατομικά ιόντα To αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ των ατόμων: Σε μια ένωση ισούται με το μηδέν Σε πολυατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος Συνήθεις αριθμοί οξείδωσης ατόμων στοιχείων σε ενώσεις τους: Μέταλλα Αμέταλλα Li, Na, K, Ag +1 H +1 Mg, Ba, Ca, Zn + F 1 Al, Au +3 Cl, Br, I 1,+3,+5,+7 Cu, Hg +1, + O Co, Fe, Ni +, +3 S,+4,+6 Sn, Pb +, +4 C, Si 4, +4 Εφαρμογή 1η (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου σε ουδέτερη ένωση) Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του αζώτου (Ν) στην ένωση NaNO 3 Λύση Θέτουμε ως άγνωστο x τον αριθμό οξείδωσης του Ν και εφαρμόζουμε τους κανόνες υπολογισμού τού αριθμού οξείδωσης Οι αριθμοί οξείδωσης για το Na είναι +1 και για το O είναι Επειδή το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων σε μια ένωση είναι ίσο με το μηδέν, έχουμε: 16

17 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Ο δείκτης κάθε στοιχείου, δηλαδή ο αριθμός των ατόμων του, πολλαπλασιάζεται με τον ΑΟ του στοιχείου Επομένως, ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου Ν είναι +5 Εφαρμογή η (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου σε ιόν) Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του άνθρακα (C) στο ιόν CO 3 Λύση Έστω x ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα (C) Το οξυγόνο έχει ΑΟ = και επειδή έχουμε πολυατομικό ιόν, το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων του θα ισούται με το φορτίο του, δηλαδή είναι: Επομένως, ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα C είναι +4 17

18 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα Α κατηγορία ασκήσεων: Υπολογισμός ΑΟ στοιχείου σε ένωση ή σε πολυατομικό ιόν Στις ασκήσεις αυτής της κατηγορίας ζητείται ο υπολογισμός του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μία ένωση ή σε ένα πολυατομικό ιόν Υπολογίζουμε τον αριθμό οξείδωσης εφαρμόζοντας σωστά τους κανόνες που αναφέρθηκαν στη θεωρία Παράδειγμα 1o (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου σε ουδέτερη ένωση) Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων στις ενώσεις: Br, Zn, SF 6, Na O, Ca 3 (PO 4 ) Λύση Θέτουμε ως άγνωστο x τον αριθμό οξείδωσης του υπογραμμισμένου στοιχείου σε κάθε περίπτωση και εφαρμόζουμε τους κανόνες υπολογισμού τού αριθμού οξείδωσης Για το Br καθώς και τον Zn: AO= x = 0, αφού τα στοιχεία σε ελεύθερη κατάσταση έχουν αριθμό οξείδωσης μηδέν Για το SF 6 : το φθόριο (F) έχει πάντα στις ενώσεις του ΑΟ = 1 και επειδή το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν, θα έχουμε: SF x 1 : 1 AO (S) + 6 AO (F) = 0 ή 1x+6( 1) = 0 ή x 6 = 0 ή x = +6 6 Για το Na O (υπεροξείδιο του νατρίου): το οξυγόνο (Ο) στα υπεροξείδια έχει ΑΟ ίσο με 1 Για το Ca 3 (PO 4 ) : το Ca έχει ΑΟ = + (αλκαλική γαία) και το Ο έχει ΑΟ = Επειδή το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν, θα έχουμε: + x Ca (PO ) 3 4 : 3 AO(Ca) + [1 AO (P) + 4 AO(O)] = 0 ή 3(+) + [1x + 4( ) ] = 0 ή 6 + (x 8) = 0 ή 6 +x 16 = 0 ή x = +5 18

19 Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα Παράδειγμα o (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου σε πολυατομικό ιόν) Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων στα ιόντα: ΝΗ 4+, ΜnO 4, Cr O 7 Λύση Έστω x ο αριθμός οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων Γνωρίζουμε ότι ΑΟ(Η) = +1 και ΑΟ(Ο) = Επειδή έχουμε πολυατομικά ιόντα, το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων τους ισούται με το φορτίο τους, δηλαδή είναι: ΝΗ 4+ : 1x + 4(+1) = +1(το φορτίο) ή x + 4 = 1 ή x = 3 ΜnO 4 : 1x + 4( ) = 1(το φορτίο) ή x 8 = 1 ή x = +7 Cr O 7 : x + 7( ) = (το φορτίο) ή x 14 = ή x = +6 Παράδειγμα 3o (μέγιστος και ελάχιστος αριθμός οξείδωσης στοιχείου) Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του αζώτου Ν στις ενώσεις: ΗΝΟ 3, ΝΟ, ΗΝΟ, ΝΟ, Ν Ο, NH OH, N H 4 και ΝΗ 3 Τι παρατηρείτε για τον μέγιστο και τον ελάχιστο ΑΟ του Ν σε σχέση με τη θέση του στον Περιοδικό Πίνακα; Δίνεται ο ατομικός αριθμός του Ν: Ζ = 7) Λύση Θέτουμε ως x τον αριθμό οξείδωσης του Ν και είναι ΑΟ(Η) = +1, ΑΟ(Ο) = Επειδή έχουμε ουδέτερες ενώσεις, το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων τους θα είναι ίσο με το μηδέν Έχουμε: ΗΝΟ 3 : 1(+1)+1x+3( ) = 0 ή x = +5 ΝΟ : 1x+( ) = 0 ή x = +4 ΗΝΟ : 1(+1)+1x+( ) = 0 ή x = +3 ΝΟ : 1x+1( ) = 0 ή x = + Ν Ο : x+1( ) = 0 ή x = +1 NH OH : x+(+1)+1( )+1(+1) = 0 ή x = 1 N H 4 : x+4(+1) = 0 ή x = ΝΗ 3 : 1x+3(+1) = 0 ή x = 3 Η ηλεκτρονιακή δομή του ατόμου του αζώτου είναι 7 Ν: Κ()L(5) Επειδή έχει 5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα, ανήκει στην VA ομάδα του Περιοδικού Πίνακα Παρατηρούμε ότι: 19

20 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης Ο μέγιστος ΑΟ= +5 είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας (VA) Ο ελάχιστος ΑΟ= 3 είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας μείον 8, δηλαδή 5 8= 3 Παρατήρηση Γενικά για ένα αμέταλλο, εκτός του F και του Ο, ισχύουν: Ο μέγιστος αριθμός οξείδωσής του είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχει στην εξωτερική του στιβάδα, δηλαδή ταυτίζεται με τον αριθμό της κύριας ομάδας του ΠΠ στην οποία ανήκει Ο ελάχιστος ΑΟ αντιστοιχεί στο φορτίο που θα αποκτήσει αν προσλάβει τόσα ηλεκτρόνια, ώστε να συμπληρώσει την οκτάδα ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στιβάδας Δηλαδή είναι ίσος με τον αριθμό (Ν) της κύριας ομάδας του ΠΠ όπου ανήκει, μείον 8 (ΑΟ = Ν 8) Β κατηγορία ασκήσεων: Υπολογισμός ΑΟ στοιχείου σε ένωση με βάση τον ορισμό Στις ασκήσεις αυτής της κατηγορίας μάς ζητείται ο υπολογισμός του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μία ένωση, με βάση τον ορισμό Είναι σημαντικό να διακρίνουμε αν η ένωση που μας δίνεται είναι ιοντική ή ομοιοπολική Για τις ιοντικές ενώσεις ο ΑΟ ενός ιόντος είναι το φορτίο του ιόντος Θυμίζουμε ότι ο ιοντικός δεσμός αναπτύσσεται μεταξύ ετεροατόμων, συνήθως μεταξύ ενός μετάλλου (ΙΑ, ΙΙΑ, ΙΙΙΑ ομάδες του ΠΠ) και ενός αμετάλλου (VA, VIA, VIIA ομάδες του ΠΠ) ή ενός αρνητικού πολυατομικού ιόντος Για τον υπολογισμό του ΑΟ ενός στοιχείου Α σε μια ομοιοπολική ένωση ΑΒ πρέπει: α Να σχηματίσουμε πρώτα τον ηλεκτρονιακό τύπο της ένωσης και β να αποδώσουμε τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ του Α και του Β στο ηλεκτραρνητικότερο στοιχείο Για κάθε απόδοση ενός κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων το ηλεκτραρνητικότερο στοιχείο αποκτά ΑΟ = 1, ενώ το λιγότερο ηλεκτραρνητικό ΑΟ = +1 Θυμίζουμε ότι ο ομοιοπολικός δεσμός μπορεί να σχηματιστεί από αμέταλλα των ομάδων IVA, VA, VIA και VIIA, καθώς και από το υδρογόνο Χαρακτηριστική περίπτωση ομοιοπολικών ενώσεων είναι οι οργανικές ενώσεις 0

21 Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα Παράδειγμα 4o (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου) Αξιοποιώντας τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης, να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων στις ενώσεις: α Zn β H S γ Cl δ CO Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί: Η (Ζ=1), S (Ζ=16), Cl (Z=17), Ο (Ζ=8), C (Z=6) Λύση α Zn : ιοντική ένωση Αποτελείται από το κατιόν Zn + και από το πολυατομικό ανιόν Με βάση τον ορισμό, ο αριθμός οξείδωσης του Zn θα είναι ίσος με το φορτίο του ιόντος Zn +, δηλαδή ΑΟ = + β H S: ομοιοπολική ένωση (Η, S αμέταλλα) Επειδή το S είναι ηλεκτραρνητικότερο του Η, τα δύο κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων των δύο απλών ομοιοπολικών δεσμών Η S θεωρούμε ότι «αποδίδονται» στο άτομο του S Επομένως, το άτομο S αποκτά φαινομενικό φορτίο (1 από κάθε ζεύγος ηλεκτρονίων) ενώ κάθε άτομο Η αποκτά φαινομενικό φορτίο 1+ Άρα το άτομο του θείου S έχει ΑΟ = γ Cl : μόριο χημικού στοιχείου (ομοιοπολική ένωση) Στο μόριο του Cl ενώνονται δύο άτομα Cl σχηματίζοντας έναν απλό ομοιοπολικό δεσμό Cl Cl Επειδή έχουν την ίδια τιμή ηλεκτραρνητικότητας, το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού δεν μπορεί να αποδοθεί σε κανένα από τα δύο άτομα Έτσι, το κάθε ατόμο Cl έχει ΑΟ = 0 δ CΟ : ομοιοπολική ένωση Στο μόριο του CΟ υπάρχουν δύο διπλοί ομοιοπολικοί δεσμοί C = O Επειδή το O είναι ηλεκτραρνητικότερο του C, τα δύο κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων του διπλού δεσμού (C = O) αποδίδονται στο Ο Επομένως, καθένα από τα δύο άτομα O αποκτούν φαινομενικό φορτίο, ενώ το άτομο του C αποκτά φαινομενικό φορτίο 4+ Άρα το άτομο του C έχει ΑΟ = + 4 1

22 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης Παράδειγμα 5o (υπολογισμός αριθμού οξείδωσης στοιχείου σε οργανική ένωση) Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του άνθρακα C στις ενώσεις: CH 4, HCHO, CH 3 OH, HCOOH, C 3 H 8 Λύση Θέτουμε x τον αριθμό οξείδωσης του C και είναι ΑΟ(Η) = +1, ΑΟ(Ο) = Επειδή έχουμε ουδέτερες ενώσεις, το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων τους θα είναι ίσο με το μηδέν Έχουμε: CH 4 : x + 4(+1) = 0 ή x = 4 HCHO: 1(+1) + x + 1(+1) + 1( ) = 0 ή x = 0 CH 3 OH: x + 3(+1) + 1( ) +1(+1) = 0 ή x = HCOOH: 1(+1) + x + ( ) + 1(+1 )= 0 ή x = + C 3 H 8 : 3x + 8(+1) = 0 ή 3x = 8 ή x = 8 3 Παρατήρηση Στο τελευταίο παράδειγμα, παρατηρούμε ότι, με βάση τους πρακτικούς κανόνες, ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα μπορεί να είναι κλασματικός αριθμός Αυτό συμβαίνει, γιατί δεν έχουν όλα τα άτομα άνθρακα στο μόριο του C 3 H 8 την ίδια τιμή αριθμού οξείδωσης Αυτό μπορούμε να το διαπιστώσουμε αν γράψουμε αναλυτικά τον συντακτικό τύπο του προπανίου C 3 H 8 (ο οποίος εύκολα μετατρέπεται σε ηλεκτρονιακό) και εφαρμόσουμε τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης για τις ομοιοπολικές ενώσεις: Επειδή ο C είναι πιο ηλεκτραρνητικός από το Η, κάθε κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων των δεσμών C H αποδίδεται στον C, ενώ τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων των δεσμών C C δεν αποδίδονται σε κανένα από τα δύο άτομα C (επειδή δεν υπάρχει διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ τους) Συνεπώς: Στο 1ο άτομο άνθρακα (C 1 ) αποδίδονται 3 κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων, οπότε αποκτά ΑΟ 3 Στο ο άτομο άνθρακα (C ) αποδίδονται κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων, οπότε αποκτά ΑΟ Στο 3ο άτομο άνθρακα (C 3 ) αποδίδονται 3 κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων, οπότε αποκτά ΑΟ 3

23 Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα Επομένως η τιμή 8 3 για τον αριθμό οξείδωσης που υπολογίστηκε με βάση τους κανόνες αντιπροσωπεύει τον μέσο όρο των αριθμών οξείδωσης των τριών ατόμων άνθρακα: ΑΟ (C 1 ) + ΑΟ (C ) + ΑΟ (C 3 ) ( ) ( ) ( ) AO = = = Επομένως, σε οργανικές ενώσεις που έχουν δύο ή περισσότερα άτομα C πρέπει να υπολογίζουμε τον αριθμό οξείδωσης κάθε ατόμου C, με βάση τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης για ομοιοπολικές ενώσεις, δηλαδή χρησιμοποιώντας ηλεκτρονιακό τύπο (ή και συντακτικό) 3

24 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης Θέματα αξιολόγησης [σύμφωνα με το 1ο θέμα των Εξετάσεων] Α Θέματα πολλαπλής επιλογής Στα θέματα 1-30 που ακολουθούν να επιλέξετε τη σωστή απάντηση 1 Στις ομοιοπολικές ενώσεις ο αριθµός οξείδωσης κάθε ατόµου ισούται µε: α Tον αριθµό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στιβάδας β Tο φαινομενικό φορτίο που αποκτά το άτοµο µετά την απόδοση των κοινών ηλεκτρονίων του στο ηλεκτραρνητικότερο άτοµο γ Tο ηλεκτρικό του φορτίο δ Tον αριθµό των ηλεκτρονίων που συνεισφέρει το άτοµο για τη δημιουργία του ομοιοπολικού δεσμού Ο αριθµός οξείδωσης ενός ιόντος ισούται: α Mε το φορτίο του πυρήνα του β Mε τον αριθµό ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στιβάδας γ Mε το ηλεκτρικό του φορτίο δ Mε τον αριθµό ηλεκτρονίων που συνεισφέρει το άτοµο 3 Ο αριθµός οξείδωσης ενός αλκαλίου σε μια ιοντική ένωση είναι: α +1 β 1 γ 0 δ + 4 Ο αριθµός οξείδωσης του Η είναι: α +1 β 1 γ 0 δ + 5 Ένα μέταλλο Μ δεν μπορεί να έχει αριθμό οξείδωσης: α +1 β 1 γ +3 δ + 6 Στο µόριο F το κάθε άτοµο του F έχει αριθµό οξείδωσης µηδέν, διότι: α Το µόριο F είναι ηλεκτρικά ουδέτερο β Ο χηµικός δεσµός στο µόριο F δεν είναι πολωµένος γ Το κάθε άτοµο του F έχει αποκτήσει δοµή ευγενούς αερίου δ Ο χηµικός δεσµός δεν είναι ιοντικός 4

25 Θέματα αξιολόγησης 7 Το Br στην ένωση HBr έχει αρνητικό αριθµό οξείδωσης, διότι: α Προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο β Έχει πραγματικό φορτίο 1 γ Έχει σε όλες τις ενώσεις του αριθµό οξείδωσης 1 δ Είναι ηλεκτραρνητικότερο του Η 8 Από τις χηµικές ουσίες C, CO, CHCl 3, CH Cl, HCH=O ο άνθρακας έχει αριθµό οξείδωσης µηδέν µόνο: α Στον C β Στις CO και CHCl 3 γ Στις C, CHCl 3 και HCH=O δ Στις C, CH Cl και HCH=O 9 Ο αριθµός οξείδωσης του οξυγόνου στις χημικές ενώσεις Νa O, Νa O είναι: α, 1 β, +1 γ 1, + δ 1, 10 Ο αριθµός οξείδωσης του ξένου στην ένωση XeF 6 είναι: α 0 β +6 γ 1 δ 6 11 Ο αριθµός οξείδωσης του υδρογόνου στο Η είναι: α +1 β +6 γ δ 0 1 Ο αριθµός οξείδωσης του Η είναι 1 στην ένωση: α Η Ο β NaH γ HF δ HCN 13 Ο αριθµός οξείδωσης του σιδήρου στο Fe O 3 είναι: α + β +6 γ 3 δ Ο αριθµός οξείδωσης του Κ και του Μn στο ΚΜnO 4 είναι: α +1, +5 β 1, 7 γ +1, +7 δ +4, 0 15 Ο αριθµός οξείδωσης του σιδήρου στο Fe 3 O 4 είναι: α β + γ δ Ο αριθµός οξείδωσης του S στο είναι: α 6 β +6 γ + δ 17 Ο αριθµός οξείδωσης του N στο NO 3 είναι: α β +7 γ +5 δ + 5

26 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης 18 Σωστή είναι η πρόταση: α Το φθόριο έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης ίσο με 1 β Το υδρογόνο έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης ίσο με +1 γ Τα αλκάλια έχουν αριθμό οξείδωσης ίσο με + δ Ο σίδηρος (Fe) εμφανίζει δύο αριθμούς οξείδωσης: +1 και + 19 Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου Ν στην αμμωνία (ΝΗ 3 ) είναι: α +3 β 3 γ 0 δ +6 0 Ο αριθμός οξείδωσης του Al στο Αl ( ) 3 είναι: α +3 β 3 γ + δ +6 1 Το άζωτο (Ν) εμφανίζει μικρότερο αριθμό οξείδωσης στο ιόν: α ΝΟ 3 β ΝΟ γ Ν 3 δ Ν Ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα (C) στο ανιόν HCΟ 3 είναι: α +4 β γ + δ +6 3 Το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων της ένωση CΗ 3 Cl είναι: α +4 β γ 0 δ +4 4 Έναν και μοναδικό αριθμό οξείδωσης εμφανίζει το στοιχείο: α F β Ο γ Η δ Fe 5 Το S εμφανίζει αριθμό οξείδωσης +4: α Η β γ H δ SO 6 Το Ν εμφανίζει αριθμό οξείδωσης +1 στην ένωση: α NO β ΝH 3 γ Ba(NO 3 ) δ N O 7 Στο διχρωµικό ιόν (Cr O 7 ) ο αριθµός οξείδωσης του Cr είναι ίσος µε: α β +6 γ +7 δ Ο αριθμός οξείδωσης του κοβαλτίου (Co) στο πολυατομικό ιόν Co(NH 3 ) 6 είναι: α 3 β +6 γ +3 δ 0 6

27 Θέματα αξιολόγησης 9 Το S εμφανίζει αριθμό οξείδωσης 0 στη περίπτωση: α SO β γ H δ S 8 30 Ο αριθμός οξείδωσης του C στο ιόν HCOO είναι: α 0 β + γ +4 δ B Θέματα αντιστοίχισης 31 Να αντιστοιχίσετε τους αριθμούς οξείδωσης του S της στήλης (I) µε τις ενώσεις της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α +5 α SO Β β H S Γ +4 γ S F 10 Δ +6 δ H 3 Να αντιστοιχίσετε τους αριθμούς οξείδωσης του H της στήλης (I) µε τις ενώσεις της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α 1 α H Β 0 β H O Γ +1 γ NaAlH 4 33 Να αντιστοιχίσετε τους αριθμούς οξείδωσης του Cl της στήλης (I) µε τα ιόντα της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α 1 α ClO 4 Β +1 β ClO Γ +5 γ Cl Δ +7 δ ClO 3 7

28 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης 34 Να αντιστοιχίσετε τους αριθμούς οξείδωσης του O της στήλης (I) µε τις ενώσεις της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α 1 α O Β 0 β H O Γ γ H O Δ + δ OF 35 Να αντιστοιχίσετε αµφιµονοσήµαντα τα στοιχεία της στήλης (I) µε τους αριθµούς οξείδωσης της στήλης (II) και τις ενώσεις της στήλης (III), ώστε κάθε στοιχείο να έχει στην ένωση με την οποία αντιστοιχίζεται τον αριθµό οξείδωσης της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) (ΙΙI) Α F α 1 1 ΗF Β C β +5 OF Γ Cl γ + 3 HClO 3 Δ O δ 0 4 CCl 4 Ε S ε +4 5 S 8 36 Να αντιστοιχίσετε αµφιµονοσήµαντα τα στοιχεία της στήλης (I) µε τους αριθµούς οξείδωσης της στήλης (II) και τις ενώσεις της στήλης (III), ώστε κάθε στοιχείο να έχει στην ένωση με την οποία αντιστοιχίζεται τον αριθµό οξείδωσης της στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) (ΙΙI) Α H α 1 HNO Β O β 1 HClO 3 Γ N γ 0 3 H S Δ S δ +3 4 H Ε Cl ε +5 5 H O 8

29 Ασκήσεις για λύση [σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων] [Οι ασκήσεις που φέρουν υπογράμμιση (πχ 38) λειτουργούν ως ασκήσεις εμπέδωσης της αμέσως προηγούμενης άσκησης, κάθε φορά] 37 Ο αριθµός οξείδωσης του άνθρακα (C) είναι µηδέν στην ένωση: α CCl 4 β CO γ CH 4 δ CH Cl Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση, αιτιολογώντας την επιλογή σας 38 Ο αριθµός οξείδωσης του άνθρακα (C) είναι µηδέν στην ένωση: α CH 3 OH β CO γ HCHO δ CHCl 3 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση, αιτιολογώντας την επιλογή σας 39 Ο αριθµός οξείδωσης του αζώτου (Ν) έχει τη μεγαλύτερη τιμή στην ένωση: α ΝΟ β Ν O γ HΝΟ 3 δ ΝH 3 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση, αιτιολογώντας την επιλογή σας 40 Ο αριθµός οξείδωσης του θείου (S) έχει τη μικρότερη τιμή στο ιόν: α S β SO 3 γ H δ Cr ( ) 3 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση, αιτιολογώντας την επιλογή σας 41 Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων: ΗΝΟ, SO, F, CO, NO 3, Fe(NO 3 ) 4 Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων: NaCl, NH 3, HClO 4, O, IrO 4+, Ca 43 Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων άνθρακα (C) των παρακάτω οργανικών ενώσεων: CH 3 CH OH, CH 3 CH(OH)CH 3 και CH(CH 3 ) 3 9

30 Ενότητα 1η: Αριθμός οξείδωσης 44 Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων άνθρακα (C) των παρακάτω οργανικών ενώσεων: CH 3 CHO, CH 3 COCH 3 και CH 3 COOH 45 Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων άνθρακα (C) των παρακάτω οργανικών ενώσεων: HCOOH, CH 3 CH(Br)CH 3 και HOOCCOOH 46 Να υπολογίσετε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων άνθρακα (C) των παρακάτω οργανικών ενώσεων: HCOONa, CH 3 COCI 3 και NaOOCCOONa 30

31 1ο Κριτήριο αξιολόγησης [Διάρκεια εξέτασης: 15 min] Θέμα Α Στις παρακάτω προτάσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση Α1 Το άτομο του χλωρίου (Cl) στην ένωση ΗCl έχει αριθμό οξείδωσης 1, διότι: α Προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο β Το ΗCl είναι ομοιοπολική ένωση γ Έχει πραγματικό φορτίο 1 δ Σχηματίζει πολωμένο ομοιοπολικό δεσμό με το Η Α Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου (Ν) στις ενώσεις Ν Ο 5, ΝΟ, ΗΝΟ 3 και NaNO είναι αντίστοιχα: α +5, +1, +3, + β +, +1, +1, +3 γ +5, +, +5, +3 δ +5, +, +4, +3 Θέμα Β Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης: α Του Cr στο ιόν Cr O 7 β Του Cl στην ένωση ClF γ Του S στην ένωση MgS δ Του Ν στην ένωση Ν Ο 4 ε Όλων των ατόμων άνθρακα (C) στο μόριο CH 3 C(Br)CH(Br) Απαντήσεις Θέμα Α: Α1 β, Α γ Θέμα B: α +6, β +1, γ, δ +4, ε 3, +1, 0 31

32 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Eνότητα η [1] Οξείδωση Αριθµός οξείδωσης Αναγωγή Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Τι είναι οξείδωση και αναγωγή 1 Πώς είχαν οριστεί η οξείδωση και η αναγωγή πριν γίνει γνωστή η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων; Πριν γίνει γνωστή η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων, οι ορισμοί που δόθηκαν για την οξείδωση και την αναγωγή ήταν οι ακόλουθοι: Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μια χημική ένωση Σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό, οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν περιγράφουν αντιδράσεις οξείδωσης: C + O CO (οξείδωση του C: ένωση του C με το οξυγόνο) 4HCl + O Cl + H O (οξείδωση του HCl: αφαίρεση υδρογόνου από το ΗCl) Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μια χημική ένωση Σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό, οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν περιγράφουν αντιδράσεις αναγωγής: Br + H HBr (αναγωγή του Βr : ένωση του Br με το υδρογόνο) ZnO + C Zn + CO (αναγωγή του ZnO: αφαίρεση οξυγόνου από το ZnO) 3

33 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Οι παραπάνω ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή ήταν ελλιπείς, καθώς δεν μπορούσαν να εφαρμοστούν σε αντιδράσεις που μοιάζουν με τις προηγούμενες και μπορούν να ενταχθούν στην κατηγορία της οξειδοαναγωγής Για παράδειγμα στην αντίδραση: C + F CF 4 ο C οξειδώνεται, χωρίς όμως να ενώνεται με το οξυγόνο Επίσης, στην αντίδραση: Cl + Na NaCl το Cl ανάγεται, χωρίς όμως να ενώνεται με το υδρογόνο Πώς ορίστηκε η οξείδωση και η αναγωγή με βάση την ηλεκτρονιακή θεωρία για τη δομή του ατόμου; Με βάση την ηλεκτρονιακή θεωρία για τη δομή του ατόμου και την εξήγηση των χημικών δεσμών, ο ορισμός της οξειδοαναγωγής διευρύνθηκε: Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων Για παράδειγμα, στην αντίδραση: Na + Cl NaCl Καθένα από τα δύο άτομα νατρίου 11 Νa(, 8, 1) αποβάλλει το ηλεκτρόνιο της εξωτερικής του στιβάδας και μετατρέπεται σε κατιόν 11 Νa + (, 8), άρα με βάση τον παραπάνω ορισμό, οξειδώνεται: Na Na + + e (οξείδωση) (1) Τα ηλεκτρόνια που αποβάλλουν τα δύο άτομα νατρίου προσλαμβάνονται από δύο άτομα χλωρίου 17 Cl (, 8, 7), άρα ανάγονται και μετατρέπονται σε δύο ανιόντα 17 Cl (, 8, 8): Cl + e Cl (αναγωγή) () Τα ιόντα Na + και Cl ενώνονται με ιοντικό δεσμό σχηματίζοντας το ΝaCl 33

34 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Προσέχουμε ότι στην παραπάνω εξίσωση () υπάρχει ένα μόριο χλωρίου Cl, δηλαδή δύο άτομα Cl Για τον λόγο αυτόν γράφουμε ηλεκτρόνια Παρατήρηση Για να προσλάβει μια ουσία ηλεκτρόνια, πρέπει να υπάρχει μια άλλη ουσία που θα αποβάλει ηλεκτρόνια Δηλαδή, η αναγωγή μιας ουσίας συνοδεύεται με οξείδωση μιας άλλης, και αντίστροφα Η όλη διαδικασία της μεταφοράς ηλεκτρονίων χαρακτηρίζεται ως οξειδοαναγωγή Οι δύο παραπάνω αντιδράσεις (1 και ) που περιγράφουν ξεχωριστά την οξείδωση και την αναγωγή ονομάζονται ημιαντιδράσεις Με βάση τους παραπάνω ορισμούς, συμπεραίνουμε ότι: Για να γίνει οξείδωση, δεν είναι οπωσδήποτε απαραίτητο το οξυγόνο, αλλά οποιοδήποτε ηλεκτραρνητικό στοιχείο, όπως πχ το χλώριο (Cl) που έχει τάση να προσλαμβάνει ηλεκτρόνια Για να γίνει αναγωγή, δεν είναι απαραίτητη η παρουσία του υδρογόνου, αλλά οποιουδήποτε ηλεκτροθετικού στοιχείου, όπως πχ το νάτριο (Na) που έχει τάση να αποβάλλει ηλεκτρόνια Ωστόσο, υπάρχουν αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που δεν καλύπτονται από τον προηγούμενο ορισμό Αυτό συμβαίνει σε αντιδράσεις στις οποίες σχηματίζονται ομοιοπολικές ενώσεις Για παράδειγμα, η αντίδραση: Η + Cl HCl (H:H + Cl:Cl Η δ+ :Cl δ ) έχει χαρακτηριστικά οξειδοαναγωγής, αλλά δεν συνοδεύεται από μεταφορά (αποβολή ή πρόσληψη) ηλεκτρονίων Ο ομοιοπολικός δεσμός που σχηματίζεται στο ΗCl είναι πολικός Η δ+ :Cl δ, αφού το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων του δεσμού έλκεται περισσότερο από τον πυρήνα του Cl, επειδή το Cl είναι πιο ηλεκτραρνητικό από το Η Δηλαδή, έχουμε μερική μετακίνηση ηλεκτρονίων από το Η προς το Cl 34

35 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 3 Πώς ορίζεται η οξείδωση και η αναγωγή με βάση τον αριθμό οξείδωσης; Η σύγχρονη αντίληψη για την οξείδωση και την αναγωγή διαμορφώθηκε με την εισαγωγή του όρου «αριθμός οξείδωσης» (ΑΟ) Με βάση τον αριθμό οξείδωσης: Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος Αναγωγή είναι η ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος Παραδείγματα C + O + C O Ο άνθρακας οξειδώνεται, αφού αυξάνεται ο ΑΟ (από 0 σε +4) Το οξυγόνο ανάγεται, αφού ελαττώνεται ο ΑΟ (από 0 σε ) HCl + O Cl + HO Το χλώριο οξειδώνεται, αφού αυξάνεται ο ΑΟ (από 1 σε 0) Το οξυγόνο ανάγεται, αφού ελαττώνεται ο ΑΟ (από 0 σε ) H + + Br HBr Το υδρογόνο οξειδώνεται, αφού αυξάνεται ο ΑΟ (από 0 σε +1) Το βρόμιο ανάγεται, αφού ελαττώνεται ο ΑΟ (από 0 σε 1) Na + Cl Na + Το νάτριο οξειδώνεται, αφού αυξάνεται ο ΑΟ (από 0 σε +1) Το χλώριο ανάγεται, αφού ελαττώνεται ο ΑΟ (από 0 σε 1) Cl Οι δύο τελευταίοι ορισμοί ανταποκρίνονται σε όλες τις δυνατές περιπτώσεις οξείδωσης και αναγωγής, δηλαδή: Κάθε αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου αντιστοιχεί σε οξείδωση και, αντιστρόφως, κάθε φαινόμενο οξείδωσης αντιστοιχεί σε αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου Κάθε ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου αντιστοιχεί σε αναγωγή και, αντιστρόφως, κάθε φαινόμενο αναγωγής αντιστοιχεί σε ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου 35

36 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Οξειδοαναγωγή 4 Ποιες αντιδράσεις ονομάζονται οξειδοαναγωγικές και ποιες μεταθετικές; Γενικά, οι χημικές αντιδράσεις χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες: α τις οξειδοαναγωγικές και β τις μεταθετικές α Οξειδοαναγωγικές ονομάζονται οι αντιδράσεις στις οποίες μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης των ατόμων ορισμένων στοιχείων που συμμετέχουν σε αυτές Για παράδειγμα, στην αντίδραση: μεταβάλλονται οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων Zn και Cu, άρα είναι οξειδοαναγωγική αντίδραση β Μεταθετικές ονομάζονται οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν σε αυτές Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης και οι αντιδράσεις εξουδετέρωσης Για παράδειγμα, οι ακόλουθες αντιδράσεις είναι μεταθετικές, γιατί δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης κάποιου στοιχείου: Na S + HCl NaCl + HS (διπλής αντικατάστασης) HCl + NaOH NaCl + H O (εξουδετέρωσης) Εφαρμογή 1η (οξειδοαναγωγική ή μεταθετική αντίδραση) Να εξετάσετε αν η παρακάτω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική ή μεταθετική: CO + KOH K CO 3 + H O Λύση Bρίσκουμε τους αριθμούς οξείδωσης κάθε στοιχείου, τόσο στα αντιδρώντα όσο και στα προϊόντα Γνωρίζουμε ότι οι αριθμοί οξείδωσης του Κ, του Ο και του Η είναι αντίστοιχα: +1, και +1 36

37 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές CO : Έστω x ο ΑΟ του C Επειδή έχουμε ουδέτερη ένωση, το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των στοιχείων της ένωσης θα είναι ίσο με μηδέν Είναι: x + ( ) = 0 ή x = +4 K CO 3 : Έστω x ο ΑΟ του C Είναι: (+1) + x +3( ) = 0 ή x = +4 Σημειώνουμε τους αριθμούς οξείδωσης στα στοιχεία της αντίδρασης: CO + KOH K CO + HO 3 Παρατηρούμε ότι σε κανένα στοιχείο δεν μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης Επομένως, η αντίδραση είναι μεταθετική 5 Ποιες ουσίες ονομάζουμε οξειδωτικές και ποιες αναγωγικές; Για παράδειγμα, παίρνουμε την αντίδραση: Na Br NaBr Παρατηρούμε ότι το Na οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ από 0 σε +1) και προφανώς την οξείδωση αυτή την προκαλεί το Βr, το οποίο χαρακτηρίζεται ως οξειδωτικό μέσο Ταυτόχρονα, το Βr ανάγεται (ελάττωση του ΑΟ από 0 σε 1), αναγωγή την οποία προκαλεί το Na, το οποίο χαρακτηρίζεται ως αναγωγικό μέσο Γενικεύοντας: Οξειδωτικές ουσίες ή, απλά, οξειδωτικά ονομάζουμε τις ουσίες (στοιχεία, χημικές ενώσεις ή ιόντα) που προκαλούν οξείδωση Αναγωγικές ουσίες ή, απλά, αναγωγικά ονομάζουμε τις ουσίες (στοιχεία, χημικές ενώσεις ή ιόντα) που προκαλούν αναγωγή Στον πίνακα που ακολουθεί αναγράφονται τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των οξειδωτικών και αναγωγικών ουσιών: 37

38 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή ΑΝΑΓΩΓΙΚΑ Προκαλούν αναγωγή Οξειδώνονται Αποβάλλουν ηλεκτρόνια Υφίστανται αύξηση του ΑΟ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ Προκαλούν οξείδωση Ανάγονται Προσλαμβάνουν ηλεκτρόνια Υφίστανται μείωση του ΑΟ Εφαρμογή η (οξειδωτική και αναγωγική ουσία) Να καθορίσετε την οξειδωτική και την αναγωγική ουσία στην αντίδραση: Cl + NaBr NaCl + Br Λύση Εντοπίζουμε τα στοιχεία που παρουσιάζουν μεταβολή του αριθμού οξείδωσης οξειδωτικό αναγωγικό Το Cl ανάγεται (ελάττωση του ΑΟ), άρα είναι το οξειδωτικό, και το Br οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ), επομένως το NaBr είναι το αναγωγικό 38

39 Θεωρία: Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές 6 Πότε μια ουσία μπορεί να δράσει ως οξειδωτικό και πότε ως αναγωγικό αντιδραστήριο; Υπάρχουν περιπτώσεις όπου το ίδιο στοιχείο σε διαφορετικές ενώσεις του εμφανίζεται με διαφορετικό αριθμό οξείδωσης Για παράδειγμα, οι συνηθέστεροι αριθμοί οξείδωσης του θείου (S) στις ενώσεις του είναι: ΑΟ: Ουσία: Η SO S Η S Για να μπορεί να δρα μια ουσία ως οξειδωτικό, πρέπει να περιέχει στοιχείο που μπορεί να ελαττώνει τον αριθμό οξείδωσής του, δηλαδή στοιχείο με σχετικά μεγάλο αριθμό οξείδωσης, ως αναγωγικό, πρέπει να περιέχει στοιχείο που μπορεί να αυξάνει τον αριθμό οξείδωσής του, δηλαδή στοιχείο με σχετικά μικρό αριθμό οξείδωσης ΟΞΕΙ ΩΤΙΚΟ κατεβαίνει τη σκάλα οξειδοαναγωγής (ο ΑΟ ελαττώνεται) ΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ανεβαίνει τη σκάλα οξειδοαναγωγής (ο ΑΟ αυξάνεται) Έτσι από τις παραπάνω ενώσεις, το Η (πυκνό - θερμό διάλυμα), έχοντας άτομο S με τον μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσής του (+6), μπορεί να δράσει μόνο ως οξειδωτικό: πχ HSO Αντίθετα, το Η S, έχοντας άτομο S με τον μικρότερο αριθμό οξείδωσής του ( ), μπορεί να δράσει μόνο ως αναγωγικό: SO πχ H S S 0 39

40 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Το SO και το S, που βρίσκονται σε μια ενδιάμεση οξειδωτική κατάσταση (+4, 0), μπορούν να δράσουν είτε ως αναγωγικά (παρουσία ισχυρότερου οξειδωτικού) είτε ως οξειδωτικά (παρουσία ισχυρότερου αναγωγικού) Πχ για το SO : ΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΟΞΕΙ ΩΤΙΚΟ 4 SO S HSO Επίσης, το οξυγόνο (εμφανίζει αριθμούς οξείδωσης, 1 και 0) στο υπεροξείδιο του υδρογόνου Η Ο έχει ενδιάμεση τιμή (το 1) Οπότε το Η Ο μπορεί να δράσει είτε ως οξειδωτικό είτε ως αναγωγικό: 0 1 ΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΟΞΕΙ ΩΤΙΚΟ O HO HO Εφαρμογή 3η (Οξειδωτική και αναγωγική ουσία) Ποια από τις ενώσεις ΗΙ και ΝaΙΟ 3 δρα ως οξειδωτικό και ποια ως αναγωγικό; Λύση Παρατηρούμε ότι το ιώδιο (Ι) στο HI 1 έχει μικρό αριθμό οξείδωσης ( 1), ενώ στο +5 NaIO 3 έχει μεγάλο αριθμό οξείδωσης (+5) Άρα από τις δύο ενώσεις το ΗΙ θα δρα ως αναγωγικό και το ΝaIO 3 ως οξειδωτικό 40

41 Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων Α κατηγορία ασκήσεων: Χαρακτηρισμός αντίδρασης ως οξειδοαναγωγικής ή μεταθετικής Στις ασκήσεις αυτής της κατηγορίας μάς ζητείται να εξετάσουμε αν μια αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική ή μεταθετική Βήματα που ακολουθούμε: Βρίσκουμε τους αριθμούς οξείδωσης των στοιχείων των ενώσεων που συμμετέχουν στην αντίδραση και εξετάζουμε αν κάποια από αυτά μεταβάλλουν τον αριθμό οξείδωσής τους: Αν παρατηρείται μεταβολή του ΑΟ έστω και σε ένα μόνο στοιχείο, τότε η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική Αν δεν παρατηρείται μεταβολή του ΑΟ σε κανένα στοιχείο, τότε η αντίδραση είναι μεταθετική Παράδειγμα 1o (οξειδοαναγωγική ή μεταθετική αντίδραση) Να χαρακτηρίσετε καθεμία από τις παρακάτω αντιδράσεις ως οξειδοαναγωγική ή μεταθετική α CaCO 3 CaO + CO β 8H S + 8H O S H O γ ΚClO 3 KCl + 3O δ CH 3 OH + O CH O + H O Λύση Βρίσκουμε τους αριθμούς οξείδωσης των στοιχείων που συμμετέχουν σε κάθε αντίδραση α CaCO3 CaO + CO: η αντίδραση είναι μεταθετική, επειδή σε κανένα στοιχείο δεν παρατηρείται μεταβολή του ΑΟ β 8H S + 8HO S + 16H O: η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική, επειδή μεταβάλλεται ο ΑΟ του ατόμου του θείου (από σε 0) και του ατόμου του οξυγόνου (από 1 σε ) 41

42 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή K 3 0 γ ClO KCl + 3O : η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική, επειδή μεταβάλλεται ο ΑΟ του ατόμου του χλωρίου (από +5 σε 1) και του ατόμου του οξυγόνου (από σε 0) δ CH3OH + O CHO + HO : η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική, επειδή μεταβάλλεται ο ΑΟ του ατόμου του άνθρακα (από σε 0) και του ατόμου του οξυγόνου (από 0 σε ) Β κατηγορία ασκήσεων: Εύρεση οξειδωτικής και αναγωγικής ουσίας σε μια αντίδραση Στις ασκήσεις αυτής της κατηγορίας μάς ζητείται να βρούμε το οξειδωτικό και το αναγωγικό μέσο σε μια αντίδραση Βήματα που ακολουθούμε: Εντοπίζουμε ποιες ενώσεις περιέχουν στοιχεία που παρουσιάζουν μεταβολή στον ΑΟ Εκείνο το αντιδρών που περιέχει: Στοιχείο του οποίου αυξάνεται ο ΑΟ του θα είναι το αναγωγικό Στοιχείο του οποίου ελαττώνεται ο ΑΟ του θα είναι το οξειδωτικό Παράδειγμα o (οξειδωτική και αναγωγική ουσία) Να προσδιορίσετε ποια είναι η οξειδωτική και ποια η αναγωγική ουσία σε καθεμία από τις επόμενες αντιδράσεις 4 α 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) + NO + 4H O β 3NaBrO + NH 3 3NaBr + N + 3H O γ 3Cl + 6KOH 5KCl + KClO 3 + 3H O δ BrF + F BrF 5 Λύση α 3Cu + 8HNO3 3Cu( NO3) + NO + 4HO Παρατηρούμε ότι ο Cu οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ από 0 σε +), άρα είναι το αναγωγικό, ενώ το Ν ανάγεται (μείωση του ΑΟ από +5 σε +), άρα το ΗΝΟ 3 είναι το οξειδωτικό

43 Μεθοδολογία - Λυμένα παραδείγματα β 3NaBrO + NH 3NaBr + N + 3HO 3 Το Br ανάγεται (μείωση του ΑΟ από +1 σε 1), άρα το NaBrΟ είναι το οξειδωτικό Το Ν οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ από 3 σε 0), άρα η ΝΗ 3 είναι το αναγωγικό γ 3Cl + 6KOH 5KCl + KClO3 + 3HO Το Cl ανάγεται (μείωση του ΑΟ από 0 σε 1 στο KCl), άρα το Cl είναι το οξειδωτικό Συγχρόνως, το Cl οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ από 0 σε +5 στο KClO 3 ), άρα είναι και το αναγωγικό δ BrF + F BrF 5 Το Br οξειδώνεται (αύξηση του ΑΟ από +1 σε +5), άρα το BrF είναι το αναγωγικό Το F ανάγεται (μείωση του ΑΟ από 0 στο F σε 1 στο BrF 5 ), άρα το F είναι το οξειδωτικό 0 Παράδειγμα 3o (οξειδωτική και αναγωγική ουσία) Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις το υδρογόνο συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό και σε ποια ως αναγωγικό: α Νa + H NaH β H + CH =CH CH 3 CH 3 Λύση 0 α N a + H NaH Παρατηρούμε ότι το Η παρουσιάζει μείωση του ΑΟ (από 0 στο Η σε 1 στο ΝaΗ), δηλαδή ανάγεται, οπότε είναι το οξειδωτικό β H + CH = CH CH CH Παρατηρούμε ότι το Η παρουσιάζει αύξηση του ΑΟ (από 0 στο Η σε +1 στο CH 3 CH 3 ), δηλαδή οξειδώνεται, άρα είναι το αναγωγικό 43

44 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Θέματα αξιολόγησης [σύμφωνα με το 1ο θέμα των Εξετάσεων] 44 Α Θέματα πολλαπλής επιλογής Στα θέματα 1-7 που ακολουθούν να επιλέξετε τη σωστή απάντηση 1 Οξειδωτικό είναι το στοιχείο που: α Προκαλεί οξείδωση β Αποβάλλει ηλεκτρόνια γ Προκαλεί αναγωγή δ Το ίδιο οξειδώνεται Αναγωγικό είναι το στοιχείο που: α Προκαλεί οξείδωση β Προσλαμβάνει ηλεκτρόνια γ Το ίδιο ανάγεται δ Προκαλεί αναγωγή 3 Η αντίδραση HΒr H + Br : α Χαρακτηρίζεται ως οξείδωση β Χαρακτηρίζεται ως αναγωγή γ Χαρακτηρίζεται ως οξειδοαναγωγή δ Χαρακτηρίζεται ως μεταθετική 4 Στην αντίδραση Μg + O MgO, το μαγνήσιο: α Είναι το αναγωγικό β Είναι το οξειδωτικό γ Ανάγεται δ Δεν οξειδώνεται 5 Στην αντίδραση Na + Cl NaCl: α Το Na είναι το οξειδωτικό γ Το Cl είναι το αναγωγικό β Το Na ανάγεται δ Το Cl ανάγεται 6 Στην αντίδραση CH 4 + O CO + H O οξειδώνεται: α Ο άνθρακας β Το υδρογόνο γ Το οξυγόνο δ Και ο άνθρακας και το υδρογόνο 7 Στην αντίδραση Ca + H CaH : α Το Ca είναι το οξειδωτικό, διότι αποβάλλει ηλεκτρόνια β Το Ca είναι το οξειδωτικό, διότι προσλαμβάνει ηλεκτρόνια γ Το Ca είναι το αναγωγικό, διότι αποβάλλει ηλεκτρόνια δ Το Ca είναι το αναγωγικό, διότι προσλαμβάνει ηλεκτρόνια

45 Θέματα αξιολόγησης B Θέματα αντιστοίχισης 8 Να αντιστοιχίσετε τα στοιχεία της στήλης (I) µε τα στοιχεία στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α Οξείδωση α Αποβολή ηλεκτρονίων Β Αναγωγή β Προκαλεί αναγωγή Γ Οξειδωτικό γ Πρόσληψη ηλεκτρονίων Δ Αναγωγικό δ Προκαλεί οξείδωση 9 Να αντιστοιχίσετε τα στοιχεία της στήλης (I) µε τα στοιχεία στήλης (II) (Ι) (ΙΙ) Α Οξείδωση α Μείωση αριθμού οξείδωσης Β Αναγωγή β Ανάγεται Γ Οξειδωτικό γ Οξειδώνεται Δ Αναγωγικό δ Αύξηση αριθμού οξείδωσης 10 Να αντιστοιχίσετε τις χημικές ουσίες της στήλης (I) µε τα στοιχεία των στηλών (II) και (ΙΙΙ) (Ι) (ΙΙ) (ΙΙΙ) Α SO α Δρα ως οξειδωτικό και μετατρέπεται σε: Β H O β Δρα ως αναγωγικό και μετατρέπεται σε: 1 H O S 3 H 4 O 45

46 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή Ασκήσεις για λύση [σύμφωνα με το ο θέμα των Εξετάσεων] [Οι ασκήσεις που φέρουν υπογράμμιση (πχ 1) λειτουργούν ως ασκήσεις εμπέδωσης της αμέσως προηγούμενης άσκησης, κάθε φορά] 11 Να χαρακτηρίσετε καθεμία από τις παρακάτω αντιδράσεις ως οξειδοαναγωγική ή μεταθετική α K CrO 4 + AgNO 3 KNO 3 + Ag CrO 4 β Cu + H Cu + SO + H O γ 8HNO 3 + 6KI 6KNO 3 + 3I + NO + 4H O Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 1 Να χαρακτηρίσετε καθεμία από τις παρακάτω αντιδράσεις ως οξειδοαναγωγική ή μεταθετική α N H 4 + Cu(OH) N + Cu + 4H O β 3C H 5 OH + K Cr O 7 + 8H 3CH 3 COOH + Cr ( ) 3 + K + 11H O γ NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 13 Σε ποια από τις ακόλουθες περιπτώσεις έχουμε οξειδοαναγωγική αντίδραση; α CaCO 3 CaO + CO β SiCl 4 + Mg Si + MgCl γ NaOH + H H O + Na δ HCOOH + NaOH HCOONa + H O Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 46

47 Ασκήσεις για λύση 14 Σε ποια από τις ακόλουθες περιπτώσεις δεν έχουμε οξειδοαναγωγική αντίδραση; α 4Li + O LiO β Pb(NO 3 ) + Na Pb + NaNO 3 γ Na + Cl NaCl δ Mg + FeCl MgCl + Fe Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 15 Σε ποια από τις ακόλουθες περιπτώσεις έχουμε μεταθετική αντίδραση; α Fe + S FeS β SiCl 4 + Mg Si + MgCl γ Cl + H O HCl + O δ CO + H O H CO 3 Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 16 Σε ποια από τις ακόλουθες περιπτώσεις έχουμε μεταθετική αντίδραση; α Fe + Cu Fe + Cu β SO + C CO + S γ FeS + HCl FeCl + H S δ Η Ο + ΗΙ Ι + Η Ο Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 17 Να προσδιορίσετε ποια είναι η οξειδωτική και ποια η αναγωγική ουσία σε καθεμία από τις επόμενες αντιδράσεις: α Zn + Cu Zn + Cu β HNO 3 + 3H S NO + 4H O + 3S γ F + MgCl MgF + Cl Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 18 Να προσδιορίσετε ποια είναι η οξειδωτική και ποια η αναγωγική ουσία σε καθεμία από τις επόμενες αντιδράσεις: α FeCl 3 + H S FeCl + HCl + S β H + OF H O + HF γ Na SO 3 + H O Na + H O Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας 47

48 Ενότητα η: Οξείδωση Αναγωγή 19 Στην αντίδραση Br + SO + Na + H O H + NaBr: α Το SO είναι το οξειδωτικό β Το Na είναι το οξειδωτικό γ Το Br είναι το αναγωγικό δ Το SO είναι το αναγωγικό Να επιλέξετε τη σωστή πρόταση και να αιτιολογήσετε την επιλογή σας 0 Από τις παρακάτω αντιδράσεις: (I) SO + KOH K SO 3 + H O, (II) SO + H S 3S + H O, (III) SO + HNO 3 NO + H, το SO δρα ως οξειδωτικό: α Στην (I) β Στην (II) γ Στην (III) δ Σε καµία Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση και να αιτιολογήσετε την επιλογή σας 48

49 ο Κριτήριο αξιολόγησης [Διάρκεια εξέτασης: 15 min] Θέμα Α Στις παρακάτω προτάσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση Α1 Οξειδωτικό είναι το στοιχείο που: α Προκαλεί αναγωγή β Αποβάλλει ηλεκτρόνια γ Προκαλεί οξείδωση δ Το ίδιο οξειδώνεται Α Τα προϊόντα οξείδωσης του S µπορεί να είναι: α SO και H β H S και SO γ Κάθε χηµική ένωση που περιέχει S δ Μόνο το H S Θέμα Β Δίνονται οι παρακάτω αντιδράσεις: α HI + H O I + H O β NH 3 + HCl NH 4 Cl γ 4Fe + 3O + 6H O 4Fe(OH) 3 δ CH 4 + O CO + H O Β1 Ποιες από αυτές είναι οξειδοαναγωγικές; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας Β Για τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, να εντοπίσετε το οξειδωτικό και το αναγωγικό Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας Απαντήσεις Θέμα A: Α1 γ, Α α Θέμα Β: Β1 α, γ, δ Β α HI: οξειδωτικό, γ Fe: αναγωγικό, δ O : οξειδωτικό 49

50 Ενότητα 3η: Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Eνότητα 3η [13] Συμπλήρωση Αριθµός οξείδωσης αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Θεωρία Αναλυτική παρουσίαση με εφαρμογές Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής 1 Σε ποιες κατηγορίες ταξινομούνται οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής; Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ταξινομούνται σε τέσσερις κατηγορίες: σύνθεσης, αποσύνθεσης και διάσπασης, απλής αντικατάστασης, πολύπλοκες αντιδράσεις Α Αντιδράσεις σύνθεσης Στις αντιδράσεις αυτές δύο ή περισσότερα στοιχεία ενώνονται, για να σχηματίσουν μια χημική ένωση Για παράδειγμα: Τα στοιχεία άνθρακας και οξυγόνο ενώνονται και σχηματίζουν τη χημική ένωση διοξείδιο του άνθρακα: C + O CO + Τα στοιχεία νάτριο και χλώριο ενώνονται και σχηματίζουν τη χημική ένωση χλωριούχο νάτριο: Na + Cl NaCl + Στις αντιδράσεις σημειώνονται οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων, ώστε να γίνεται αντιληπτό ότι πρόκειται για οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις Β Αντιδράσεις αποσύνθεσης και διάσπασης α Στις αντιδράσεις αποσύνθεσης μια χημική ένωση διασπάται στα στοιχεία της Για παράδειγμα, το οξείδιο του υδραργύρου (ΙΙ) με θέρμανση αποσυντίθεται στα συστατικά του στοιχεία, τον υδράργυρο και το οξυγόνο: 50