13. Vaja: Reakcije oksidacije in redukcije

Transcript

1 1. Vaja: Reakcije oksidacije in redukcije a) Osnove: Oksidacija je reakcija pri kateri posamezen element (reducent) oddaja elektrone in se pri tem oksidira (oksidacijsko število se zviša). Redukcija pa je reakcija pri kateri posamezen element (oksidant) sprejema elektrone in se pri tem reducira (oksidacijsko število se zniža). 0 + Na Na 1e Oksidacija Cl e Cl 0 + Redukcija Oksidacijsko število je enako naboju, ki bi a atom imel, če bi bila spojina zrajena le iz ionov. Pravila za oksidacijska števila: 1. Oksidacijsko število elementov je enako nič.. Kovine imajo pozitivna oksidacijska števila, kovine I. skupine 1+, kovine II. skupine +, itd.. Vodik ima vedno 1+ oksidacijsko število. 4. Kisik ima vedno - oksidacijsko število, razen v peroksidih. 5. Vsota vseh oksidacijskih števil mora biti enaka nič oz. mora biti enaka naboju iona. Redoks reakcije Redoks reakcija je reakcija pri kateri neka snov oddaja elektrone (reducent), drua pa jih sprejema (oksidant). Reducent in oksidant sta nujno poojena. Pravila za urejanje redoks reakcij: 1. Določimo oksidacijska števila elementom, katerim se le ta spreminjajo.. Določimo reducenta in oksidanta.. Število sprejetih in oddanih elektronov mora biti enaka. 4. Število istovrstnih atomov na obeh straneh reakcij mora biti enako. Primer: CuS+ 8HNO CuSO + 8NO + 4HO 4 6+ S S + 8e Oksidacija, Reducent 5 4+ N + + 1e N Redukcija, Oksidant Redoks oz. elektrokemijska napetostna vrsta Je zaporedje parov oziroma polčlenov, ki si sledijo po naraščajočih oz. padajočih vrednostih standardnih potencialov. Del redoks vrste: Li + /Li Zn + /Zn H O + /H Cu + /Cu A + /A F /F - 51

2 Standardni redoks potencial je napetost člena, ki je sestavljen iz določenea polčlena in standardnea vodikovea polčlena (npr. U (Li + /Li) =,0V). Nek reducent lahko oksidiramo samo s takim oksidantom, ki ima bolj pozitiven redoks potencial! b) Naloa: 1. Določi leo Zn in Cu lede na vodik v elektrokemijski napetostni vrsti!. Določi, kateri haloen je močnejši!. Uotovi jakost kalijevea mananata(vii) kot oksidanta v različnih medijih! 4. Določi maso Fe + v danem vzorcu s titracijo z KMnO 4! c) Računske naloe: 1. Izračunaj, koliko mililitrov 6% HNO z ostoto 1,8/mL potrebuješ, da raztopiš 40,0 A! Koliko litrov in katerea plina nastane pri 15 C in 10KPa? ρ(hno ) = 1,8/ml T(plina) = 15 C m(a) = 40,0 w(hno ) = 6% p(plina) = 10KPa M(A) = 107,9/ M(HNO ) = 6,0/ A HNO ANO NO H O 0 A A + + 1e N e N n A = n HNO ) ( m HNO ( ) M ( A) 4m A M HNO 440,0 6,0 = = 107,9 = 1,1 m HNO V HNO ( nno) V NO m HNO 1,1 = = = 49,4 w HNO 0,6 6% ( ) ( HNO ) m HNO 49,4 = = = 5,7mL ρ 1,8 ml = n A m A RT 40,0 8,14 J K 88K = = =,9L M A p 107, Pa 5

3 d) Izvedba vaje: 1. V dve epruveti nalijemo po ml M HCl. V eno vržemo košček Zn, v druo pa košček Cu. Nato v dve epruveti nalijemo ml 0,5M ZnCl in vržemo v eno raztopino košček Zn, v druo pa košček Cu. V drui epruveti pa nalijemo ml 0,5M CuCl in dodamo v eno košček Zn v druo pa košček Cu.. V prvo epruveto nalijemo 1mL 0,1M NaBr, v druo pa 1mL 0,1M KI. Obema raztopinama dolijemo po ml klorovice (nasičena vodna raztopina klora) in 1mL tetraklorometana. Epruveti močno stresamo in opazujemo barve plasti. Rjava barva plasti CCl 4 je dokaz za elementaren brom, vijolična pa za jod.. V tri epruvete nalijemo po 1mL 0,0M KMnO 4 in v vsako dodamo po 8mL H O. Nato dodamo v prvo ml 1M H SO 4, v druo še ml H O, v tretjo pa ml 0% NaOH. V tako pripravljene raztopine med mešanjem dodamo toliko 0,1M Na SO 4, da spremenijo barvo. 4. Vzorec v merili bučki, razredčimo na 50mL. Z merilno pipeto odmerimo 0,0mL vzorca v erlenmajerico, mu z merilnim valjem dodamo 0mL 1M H SO 4 in titriramo z 0,0M KMnO 4 do rahlo rožnate barve. Titracijo trikrat ponovimo. e) Meritve z diskusijo: 1. Lea Zn in Cu v redoks vrsti: Cink reaira s klorovodikovo kislino, kar lahko opazimo kot izhajanje pri reakciji nastalea vodika. Reakcija poteče, ker ima vodik bolj pozitiven redoks potencial od cinka in a zato lahko oksidira pri čemer se sam zreducira v elementaren vodik. V primeru bakra pa reakcija ne poteče saj ima baker bolj pozitiven redoks potencial kot vodik in zato ostane neoksidiran. HCl + Zn ZnCl + H HCl Cink s cinkovim kloridom ne reaira saj re za isti element, obstaja le ravnotežje med njima. Baker prav tako ne reaira s cinkovim kloridom, saj ima bolj pozitiven redoks potencial (je močnejši oksidant) od bakra ter tako ostane neoksidiran. ZnCl ZnCl + Zn 5

4 Cink z bakrovim kloridom reaira, kar lahko opazimo kot izločanje pri reakciji nastalea bakra na koščku cinka. Reakcija poteče saj ima baker bolj pozitiven redoks potencial (je močnejši oksidant) od cinka in a lahko oksidira, pri čemer se sam zreducira v elementaren baker. Baker pa z bakrovim kloridom ne reaira saj re za isti element, obstaja le ravnotežje med njima. CuCl + Zn ZnCl + Cu CuCl Redoks vrsta (od reducentov proti oksidantom): Zn H Cu. Lea haloenov v redoks vrsti: Natrijev bromid reaira s klorovico, kar je razvidno iz nastanka rjave plasti broma raztopljenea v tetraklorometanu. Reakcija poteče saj je klor močnejši oksidant od broma in a zato oksidira v elementaren brom, pri čemer se sam reducira in veže z natrijem. NaBr + Cl NaCl +Br Kalijev jodid reaira s klorovico, kar je razvidno iz nastanka vijolične plasti joda raztopljenea v tetraklorometanu. Reakcija poteče saj je klor močnejši oksidant od joda in a zato oksidira v elementaren jod, pri čemer se sam reducira in veže s kalijem. KI + Cl KCl + I Redoks vrsta (od reducentov proti oksidantom): I Br Cl. Jakost KMnO 4 kot oksidanta v različnih medijih: Vijolični mananatni(vii) ioni se v kislem ob prisotnosti sulfatnih(iv) ionov, po spodnji reakciji, zreducirajo v mananove(ii) ione, ki raztopino razbarvajo. KMnO K + MnO 4 4 Na SO Na + SO HSO+ HO SO + HO MnO + 5SO + 6H O Mn + 5SO + 9H O Vijolični mananatni(vii) ioni se v nevtralnem ob prisotnosti sulfatnih(iv) ionov, po spodnji reakciji, zreducirajo v rjavo oborino mananovea(iv) oksida. MnO + SO + H O MnO + SO + OH

5 Vijolični mananatni(vii) ioni se v bazičnem ob prisotnosti sulfatnih(iv) ionov, po spodnji reakciji, zreducirajo v mananatne(vi) ione, ki raztopino obarvajo zeleno. NaOH Na + OH MnO + SO + OH MnO + SO + H O Redoks titracija: Železovi(II) ioni v vzorcu pri titraciji v kislem reairajo s kalijevim mananatom(vii), po spodnji reakciji, pri čemer se raztopina razbarva, saj se mananatni(vii) ioni zreducirajo do mananovih(ii) ionov MnO4 + 5Fe + 8HO Mn + 5Fe + 1H O V(KMnO 4 ) 1 = 5,8mL V(KMnO 4 ) = 5,8mL c(kmno 4 ) = 0,0/L f) Izračun: 4. V(KMnO 4 ) = 5,8mL V(Fe + ) = 0mL V(Fe + ) IZHODNA = 50mL c(kmno 4 ) = 0,0/L M(Fe) = 55,85/ MnO4 + 5Fe + 8HO Mn + 5Fe + 1H O 5 ( n Fe = n MnO ) 4 + ( 4) ( 4) m Fe = 5c KMnO V KMnO M Fe = 5 0,0 L 0,0058L 55,85 m ol = =,4m + m Fe IZHODNA + + IZHODNI + V ( Fe ) V Fe m Fe 50mL, 4m = = = 405m 0mL 55