Α. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης

Transcript

1 1 Δ ι δ ακ τ ι κ ή Ε ν ό τ η τ α: Οξειδοαναγωγικές Αντιδράσεις Α. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Ορισμός Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης είναι οι αντιδράσεις στις οποίες ένα στοιχείο (μέταλλο ή αμέταλλο) που βρίσκεται σε λεύθερη κατάσταση ατνικαθιστά ένα άλλο στοιχείο που βρίσκεται σε μία χημική ένωση Μέταλλο από Μέταλλο Μ + ΝΧ ΜΧ + Ν (Μ: μέταλλο, Β: Μέταλλο ή υδρογόνο) Αμέταλλο από Αμέταλλο Α + ΝΧ ΝΑ + Χ (Α: αμέταλλο, Χ: Μέταλλο ή υδρογόνο) Προϋπόθεση για να πραγματοποιηθεί μία αντίδραση απλής αντικατάστασης θα πρέπει το μέταλλο Μ (ή το αμέταλλο Α) στο πρώτο σκέλος της χημικής αντίδρασης να είναι δραστικότερο από το μέταλλο Ν (ή αμέταλλο Χ) του δεύτερου σκέλους. Στόχος κατά τη συμπλήρωση των χημικών αντιδράσεων είναι πρώτον η συμπλήρωση των σωστών προιόντων και δεύτερον η συμπλήρωση σωστών συντελεστών. Στις παραγράφους Α1-Α6 συμπεριλαμβάνονται οι απλές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις όπου είναι σχετικά εύκολη η συμπλήρωση τόσο των προιόντων όσο και των συντελεστών. 1

2 2 Α1. Μέταλλο 1 + Άλας 1 Άλας 2 +Μέταλλο 2 Π.χ. Zn + 2AgNO3 Zn(NO3)2 + 2Ag Όταν ένα μέταλλο έχει πολλούς αριθμούς οξείδωσης τότε εμφανίζεται στα προιόντα με τον μικρότερο αριθμό οξείδωσης με εξείρεση τον χαλκό (Cu) που οξειδώνεται σε Cu +2 Για τη συμπλήρωση των αντιδράσεων συμβουλευόμαστε την σειρά αναγωγικής ισχύος των μετάλλων. Κάθε μέταλλο μπορεί να αντικαταστήσει όσα στοιχεία βρίσκονται δεξιά από αυτό. Α2. Μέταλλο + Οξύ Άλας + Η2 (αέριο) Π.χ. Zn + 2ΗCl ZnCl2 + H2 Τα μέταλλα που βρίσκονται δεξιά από το υδρογόνο στη σειρά αναγωγικής ισχύος των μετάλλων δηλ. τα Cu. Hg, Ag, Pt, Au δεν αντιδρούν με οξέα. Στις αντιδράσεις αυτού του τύπου συμμετέχει ως οξύ το HCl ή αραιό H2SO4. Αντίθετα το ΗΝΟ3 και το πυκνό H2SO4 αντιδρούν με διαφορετικό τρόπο με τα μέταλλα 2

3 3 Α3. Μέταλλο + Νερό Υδροξείδιο μετάλλου + Η2 (αέριο) Π.χ. 2Νa + 2Η2O 2NaOH + H2 Παρόμοια αντιδρούν τα δραστικά μέταλλα Na, K, Ba, Ca (τα τέσσετα πρώτα μεταλλα στη σειρά αναγωγικής ισχύος) Α4. Μέταλλο + Νερό Οξείδιο μετάλλου + Η2 (αέριο) Π.χ. Μg + Η2O MgO + H2 Παρόμοια αντιδρούν τα υπόλοιπα δραστικότερα του υδρογόνου μέταλλα υπό υψηλές θερμοκρασίες Α5.Aμέταλλο1 +Δυαδική ένωση αμετάλλου 2 Δυαδική ένωση αμετάλλου 1 +μέταλλο 2 Π.χ. Cl2 + 2KBr 2KCl + Br2 Για τη συμπλήρωση των αντιδράσεων συμβουλευόμαστε την σειρά οξειδωτικής ισχύος των αμετάλλων. Κάθε αμέταλλο μπορεί να αντικαταστήσει (δηλ. να οξειδώσει) όσα στοιχεία βρίσκονται δεξιά από αυτό (σε δυαδικές ενώσεις όπου έχουν αρνητικό Α.Ο.). Κάθε αμέταλλο της οξειδωτικής σειράς μπορεί να ανάγει στοιχεία που βρίσκονται αριστερά του όταν εμφανίζονται μέσα σε ενώσεις με θετικό αριθμό οξείδωσης π.χ. I2 + KClO3 2KIO3 + Cl2 3

4 4 Β. Οξειδωτική δράση HNO3 και πυκνού θερμού H2SO4 Πρόκειται για δύο πολύ ισχυρά οξειδωτικά μέσα. Και τα δύο οξέα μπορούν να μετατραπούν σε πληθώρα προιόντων που εξαρτάται κάθε φορά από τις συνθήκες της αντίδρασης. Οι κυριότερες μετατροπές είναι: Πυκνά δ/τα ΗΝΟ3 Αραιά δ/τα ΗΝΟ3 Πυκνά δ/τα Η2SO4 μετατροπή σε ΝΟ2 μετατροπή σε ΝΟ μετατροπή σε SΟ2 Με αυτά τα οξέα διακρίνουμε τις υποκατηγορίες: α. Επίδραση σε μέταλλα πυκνού και θερμού H2SO4 ή ΗΝΟ3 ή αραιού ΗΝΟ3 π.χ. Cu + H2SO4(πυκνό) CuSO4 + SO2 + 2H2O π.χ. Cu + 4HΝΟ3(πυκνό) Cu(ΝΟ3)2 + 2ΝΟ2 + 2H2O Τα μέταλλα μετατρέπονται σε θειικά ή νιτρικά άλατα. Δεν αντιδρούν τα Au και Pt με κανένα από τα δύο Τα Al, Fe, Cr δεν αντιδρούν με πυκνό ΗΝΟ3 (προσβάλλονται επιφανειακά) Το Cr δεν αντιδρά με το αραιό ΗΝΟ3 (προσβάλλεται επιφανειακά) Τα άλατα περιέχουν το μέταλλο στο μεγαλύτερο Α.Ο. β. Επίδραση σε αμέταλλα πυκνού και θερμού H2SO4 ή ΗΝΟ3 ή αραιού ΗΝΟ3 Για τη συμπλήρωση των προιόντων συμβουλευόμαστε τον πίνακα: C P S I2 Πυκνό-θερμό Η2SΟ4 CO2 H3PO4 SO2 - Πυκνό HNO3 CO2 H3PO4 H2SO4 HIO3 Αραιο ΗΝΟ3 - H3PO4 H2SO4-4

5 5 Π.χ. C + 2H2SO4(π.θ) CO2 + 2SO2 + 2H2O γ. Επίδραση σε αναγωγικές ενώσεις τα οξέα του τύπου ΗΧ μετατρέπονται σε Χ2 το Η2S μετατρέπεται σε S τα ωδη οξέα μετατρέπονται σε ικά τα οξείδια μετάλλων σε χαμηλό Α.Ο. μετατρέπονται σε άλατα τα αλογονούχα και θειούχα άλατα μετατρέπονται σε Χ2 και S αντίστοιχα δ. Ειδική περίπτωση Το βασιλικό νερό είναι μίγμα HNO3 και HCl με αναλογία 1:3 αντίστοιχα. Το βασιλικό νερό είναι ισχυρό οεξιδωτικό με το οποίο αντιδρούν τα «ευγενή» μέταλλα Au και Pt. Τα μέταλλα μετατρέπονται σε χλωριούχα άλατα με το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης. Π.χ. Au + HNO3 + HCl AuCl3 + NO + 2H2O Γ. Οξειδωτική δράση KMnO4 και KCr2O7 Οι χημικές αυτές ενώσεις εκδηλώνου ισχυρή οξειδωτική δράση σε όξινο περιβάλλον. Ως όξινο περιβάλλον χρησιμοποιείται συνήθως το H2SO4. Οι μετατροπές που πραγματοποιούνται: Αναγωγικό + KMnO4 + H2SO4 MnSO4 + K2SO4 + Αναγωγικό + K2Cr2O4 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + K2SO4 + Παρατήρηση Όταν το αναγωγικό είναι άλας που περιέχει το μέταλλο με τον μικρότερο αριθμό οξείδωσης, ως όξινο περιβάλλον χρησιμοποιείται το οξύ που έχει ανιόν ίδιο με το άλας. 5

6 6 Χαρακτηριστικά παραδείγματα με το KMnO4: KMnO4 + H2S + KMnO4 + CO + H2SO4 H2SO4 KMnO4 + HBr KMnO4 + FeCl2 + HCl KMnO4 + Fe + H2SO4 KMnO4 + H2O2 + H2SO4 Χαρακτηριστικά παραδείγματα με το K2Cr2O7: K2Cr2O7 + CO + H2SO4 K2Cr2O7 + HI K2Cr2O7 + FeCl2 + HCl K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 K2Cr2O7 + Cu2O + HCl 6