ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Α. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ 1. Τι ονομάζουμε χημικές αντιδράσεις; Χημικά φαινόμενα (αντιδράσεις) ονομάζονται οι μεταβολές κατά τις οποίες από ορισμένες αρχικές ουσίες (αντιδρώντα) δημιουργούνται νέες (προϊόντα) με διαφορετικές ιδιότητες. Οι χημικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται παντού γύρω μας και κάθε χρονική στιγμή, σε κάθε τι που κάνουμε. 2. Πως συμβολίζονται οι χημικές αντιδράσεις; Κάθε χημική αντίδραση συμβολίζεται με μία χημική εξίσωση. Στη χημική αυτή εξίσωση διακρίνουμε δύο μέλη, που συνδέονται μεταξύ τους με ένα βέλος (). Στο πρώτο μέλος γράφουμε τα σώματα που έχουμε αρχικά, πριν ξεκινήσει η αντίδραση, που ονομάζονται αντιδρώντα, ενώ στο δεύτερο μέλος γράφουμε τα σώματα που σχηματίζονται κατά την αντίδραση και ονομάζονται προϊόντα. Πολλές φορές χρησιμοποιούμε αδιάκριτα την έκφραση χημική αντίδραση και χημική εξίσωση. Από τα παραπάνω όμως γίνεται φανερό ότι αντιπροσωπεύουν διαφορετικά πράγματα. 3. Πως γράφουμε μια χημική εξίσωση; Μια χημική εξίσωση όταν γραφεί σωστά πρέπει να ικανοποιεί τρεις ισορροπίες. Α. Την ποιοτική ισορροπία : Δηλαδή τα ίδια είδη ατόμων που έχουν τα αντιδρώντα πρέπει να υπάρχουν και στα προϊόντα. Β. Την ποσοτική ισορροπία : Όσα άτομα από κάθε είδος έχουμε στα αντιδρώντα το ίδιο πλήθος θα έχουμε και στα προϊόντα. Δεν έχει καμία σημασία πως βρίσκονται σε ποια μορφή ή σε ποιες ενώσεις. Πρέπει το συνολικό πλήθος ατόμων να είναι το ίδιο. Γ. Ισορροπία φορτίου : Το συνολικό φορτίο των αντιδρώντων πρέπει να είναι ίσο με το συνολικό φορτίο των προϊόντων. Αυτό πρακτικά δεν θα μας απασχολήσει γιατί εμείς δουλεύουμε με μόρια που δεν έχουν φορτίο άρα το συνολικό φορτίο αντιδρώντων είναι ίσο με μηδέν και το συνολικό φορτίο των προϊόντων είναι ίσο με μηδέν. 4. Υπάρχει κάποιο παράδειγμα που να δείχνε αυτά τα πράγματα; Μπορούμε να δούμε μια απλή χημική αντίδραση π.χ. την αντίδραση του αζώτου με το υδρογόνο προς σχηματισμό αμμωνίας. Το χημικό αυτό φαινόμενο περιγράφεται με την παρακάτω χημική εξίσωση: Ν 2 + Η 2 ΝΗ 3 (1) Στο πρώτο μέλος γράφουμε τα μόρια των αντιδρώντων, δηλαδή, το άζωτο και το υδρογόνο, ενώ στο δεύτερο μέλος της εξίσωσης γράφουμε τα προϊόντα της αντίδρασης, 1
δηλαδή την αμμωνία. Η γραφή των ενώσεων ακολουθεί τους κανόνες γραφής των χημικών ενώσεων. Από τη στιγμή που θα γραφούν σωστά οι ενώσεις με τους κατάλληλους δείκτες δεν αλλάζουμε πλέον την μορφή των ενώσεων. Ωστόσο, η χημική εξίσωση (1) δεν είναι ακόμα σωστά γραμμένη, καθώς ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου θα πρέπει να είναι ίδιος στα αντιδρώντα και προϊόντα, αφού τα άτομα ούτε φθείρονται, ούτε δημιουργούνται κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Θα πρέπει, λοιπόν να γίνει ισοστάθμιση μάζας. Έτσι, βάζουμε κατάλληλους συντελεστές στα δύο μέλη της εξίσωσης, ώστε να ικανοποιηθεί η παραπάνω απαίτηση. Οι συντελεστές μπαίνουν μπροστά στις ενώσεις και επηρεάζουν όλα τα άτομα της ένωσης. Στο παράδειγμα της σύνθεσης της αμμωνίας, βάζουμε συντελεστή δύο μπροστά από την αμμωνία, ώστε να ισοσταθμίσουμε τα άτομα αζώτου, οπότε η χημική εξίσωση γράφεται: Ν 2 + Η 2 2ΝΗ 3 (2) Επίσης βάζουμε συντελεστή τρία μπροστά από το μόριο του υδρογόνου, ώστε να ισοσταθμίσουμε στα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης (αντιδρώντα και προϊόντα) τον αριθμό ατόμων υδρογόνου. Έτσι, η χημική εξίσωση παίρνει τη μορφή: Ν 2 + 3Η 2 2ΝΗ 3 (3) Η (3) είναι τώρα σωστά γραμμένη χημική εξίσωση, καθώς έχει γίνει ισοστάθμιση των ατόμων στα δύο μέλη της εξίσωσης. Επιπλέον πολλές φορές αναγράφεται και η φυσική κατάσταση των αντιδρώντων και προϊόντων, όπως θα δούμε παρακάτω. Συμπερασματικά, λοιπόν, μία χημική εξίσωση περιλαμβάνει: τα αντιδρώντα και τα προϊόντα που πρέπει να είναι σωστά γραμμένα με βάση τους κανόνες γραφής και τους κατάλληλους συντελεστές, ώστε τα άτομα κάθε στοιχείου να είναι ισάριθμα στα δύο μέλη της χημικής εξίσωσης. 5. Αν σε ένα δοχείο βάλω τα αντιδρώντα θα γίνει η αντίδραση; Όχι πάντα. Για να πραγματοποιηθεί μία χημική αντίδραση θα πρέπει, σύμφωνα με τη θεωρία των συγκρούσεων, τα μόρια (ή γενικότερα οι δομικές μονάδες της ύλης) των αντιδρώντων να συγκρουστούν και μάλιστα να συγκρουστούν κατάλληλα. Με τον όρο «να συγκρουστούν κατάλληλα» εννοούμε ότι πρέπει να έχουν την κατάλληλη ταχύτητα και ένα ορισμένο προσανατολισμό. Αποτέλεσμα αυτής της σύγκρουσης είναι ότι «σπάνε» οι αρχικοί δεσμοί (των αντιδρώντων) και δημιουργούνται νέοι (των προϊόντων). Έχει εκτιμηθεί ότι μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό των συγκρούσεων των αντιδρώντων είναι αποτελεσματικές. 6. Οι αντιδράσεις γίνονται αργά ή γρήγορα; Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι η ταχύτητα με την οποία τα διάφορα χημικά φαινόμενα εξελίσσονται ποικίλλει. Έτσι, π.χ. ο Fe σκουριάζει (διάβρωση) πολύ αργά, ενώ η έκρηξη της πυρίτιδας ή η καύση του Mg με το Ο 2 γίνονται ακαριαία. Επίσης, η αντίδραση 2Η 2 + Ο 2 2Η 2 Ο στη συνήθη θερμοκρασία προχωρεί τόσο αργά, ώστε πρακτικά δε γίνεται. Αν όμως τη «βοηθήσουμε» με ένα σπινθήρα, τότε γίνεται έκρηξη, δηλαδή η αντίδραση γίνεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα. 2
Προφανώς ο ρυθμός των ενεργών συγκρούσεων καθορίζει την ταχύτητα μιας αντίδρασης. Ταχύτητα μιας αντίδρασης ορίζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός από τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα, στη μονάδα του χρόνου. Αυτό με άλλα λόγια σημαίνει πόσο γρήγορα αντιδρούν τα αντιδρώντα και μετατρέπονται σε προϊόντα. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί : Με αύξηση της ποσότητας (συγκέντρωσης) των αντιδρώντων. Με αύξηση της θερμοκρασίας. Με την παρουσία καταλυτών. Ο καταλύτης αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, χωρίς να καταναλώνεται. Οι αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς καταλύονται από τα ένζυμα ή βιοκαταλύτες. Με την αύξηση της επιφάνειας επαφής των στερεών σωμάτων που μετέχουν στην αντίδραση. Π.χ. ο άνθρακας σε μεγάλα κομμάτια καίγεται αργά, ενώ σε μορφή σκόνης σχεδόν ακαριαία. Υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επιδρούν στη ταχύτητα οι οποίοι θα αναφερθούν διεξοδικά αργότερα. 7. Τι συμβαίνει με τις ενεργειακές μεταβολές σε ένα χημικό φαινόμενο; Είναι πια γνωστό ότι στις χημικές μεταβολές (αντιδράσεις) τα άτομα διατηρούνται, ενώ ανακατανέμονται. Δηλαδή, οι αρχικοί δεσμοί «σπάζουν» και δημιουργούνται καινούργιοι σχηματίζοντας έτσι τα προϊόντα της αντίδρασης. Π.χ. στην αντίδραση H 2 + Cl 2 2HCl, «σπάζουν» οι δεσμοί Η-Η και Cl-Cl και δημιουργείται ο δεσμός H-Cl. Γενικά, για να «σπάσει» ένας δεσμός, χρειάζεται ενέργεια, ενώ όταν δημιουργείται εκλύεται. Αυτό το «πάρε δώσε» ενέργειας κρίνει τελικά κατά πόσο η αντίδραση συνολικά ελευθερώνει ή απορροφά ενέργεια σε μορφή θερμότητας. Εξώθερμη ονομάζεται μία χημική αντίδραση που ελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον. Ενδόθερμη είναι η αντίδραση που απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον. 8. Πόσο αποτελεσματική είναι μια αντίδραση; Μια σύγκρουση μεταξύ των ατόμων χαρακτηρίζεται αποτελεσματική όταν δημιουργηθούν προϊόντα. Πολλές χημικές αντιδράσεις δεν είναι πλήρεις, δηλαδή μέρος μόνο των αντιδρώντων μετατρέπονται σε προϊόντα (αμφίδρομες αντιδράσεις). Η απόδοση μιας αντίδρασης καθορίζει τη σχέση μεταξύ της ποσότητας ενός προϊόντος που παίρνουμε πρακτικά και της ποσότητας που θα παίρναμε θεωρητικά, αν η αντίδραση ήταν πλήρης (μονόδρομη). Όπως θα δούμε αναλυτικά στο βιβλίο της Β Λυκείου κατεύθυνσης, μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση μιας αντίδρασης μεταβάλλοντας: την ποσότητα (συγκέντρωση) των αντιδρώντων ή των προϊόντων τη θερμοκρασία την πίεση, εφ όσον στην αντίδραση μετέχουν αέρια. 3
9. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι χημικές αντιδράσεις; Οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τις οξειδοαναγωγικές και τις μεταθετικές. Οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις όταν πραγματοποιούνται τα στοιχεία που συμμετέχουν αλλάζουν αριθμό οξείδωσης. Κάποιο από τα στοιχεία ανεβάζει τον αριθμό οξείδωσης δηλαδή παθαίνει οξείδωση, ενώ ένα άλλο μειώνει τον αριθμό οξείδωσης δηλαδή παθαίνει αναγωγωγή. Αντίθετα στις μεταθετικές αντιδράσεις κανένα στοιχείο από αυτά που συμμετέχουν δεν εμφανίζει μεταβολή σε αριθμό οξείδωσης. 10. Ποιες κατηγορίες αντιδράσεων έχουμε στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις; Απλές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις είναι οι συνθέσεις, οι αποσυνθέσεις, οι διασπάσεις, οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης. Υπάρχουν, βέβαια, και αντιδράσεις οξειδοαναγωγής πολύπλοκης μορφής, οι οποίες όμως δε θα μας απασχολήσουν στο κεφάλαιο αυτό. 11. Ποιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις σύνθεσης; Ο γενικός τύπος των αντιδράσεων αυτών είναι : Σ 1 + Σ 2 Ένωση Δηλαδή κατά τις αντιδράσεις αυτές αντιδρούν δύο ή περισσότερα στοιχεία για να σχηματίσουν μία χημική ένωση. Δηλαδή τα αντιδρώντα είναι μόνο στοιχεία και προϊόν είναι μόνο μια ένωση. Ας δούμε μερικά παραδείγματα. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) H 2 (g) + Cl 2 (g) φως 2HCl(g) 2K(s) + Cl 2 (g) 2KCl(s) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) 12. Ποιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις αποσύνθεσης ή διάσπασης; Ο γενικός τους τύπος είναι : Ένωση Σ 1 + Απλή ένωση ή Ένωση Σ 1 + Σ 2 Δηλαδή κατά τις αντιδράσεις αυτές μια ένωση διασπάται σε στοιχείο και απλούστερη ένωση ή σε δύο στοιχεία, ή σε δύο ή περισσότερες απλούστερες χημικές ουσίες (διάσπαση). Ας δούμε μερικά παραδείγματα. 2HgO(s) 2Hg(l) + O 2 (g) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) 2KClO 3 (s) 2KCl(s) + 3O 2 (g) 13. Ποιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις απλής αντικατάστασης; Κατά τις αντιδράσεις αυτές ένα στοιχείο που βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση αντικαθιστά ένα άλλο στοιχείο που βρίσκεται σε μία ένωσή του. Έτσι, ένα μέταλλο Μ αντικαθιστά ένα άλλο μέταλλο Μ ή το υδρογόνο, σύμφωνα με το γενικό σχήμα: 4
Μ + Μ Χ ΜΧ + Μ ή ένα αμέταλλο Α αντικαθιστά ένα άλλο αμέταλλο Α, σύμφωνα με το γενικό σχήμα: Α + ΨΑ ΨΑ + Α Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει η αντίδραση απλής αντικατάστασης είναι το Μ να είναι δραστικότερο του Μ και το Α δραστικότερο του Α. Παρακάτω δίνεται η σειρά δραστικότητας των κυριότερων μετάλλων και αμετάλλων. ΣΕΙΡΑ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΚΑΙ ΑΜΕΤΑΛΛΩΝ ΜΕΤΑΛΛΑ: K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au Αύξηση δραστικότητας Το υδρογόνο αν και δεν είναι μέταλλο, είναι σημείο αναφοράς δραστικότητας ως προς την ηλεκτροθετικότητα. Έτσι τα μέταλλα στοιχεία χωρίζονται σαν δραστικότερα του υδρογόνου και λιγότερο δραστικά του υδρογόνου. ΑΜΕΤΑΛΛΑ: F 2, Cl 2, Br 2, O 2, I 2, S Αύξηση δραστικότητας Υπάρχουν κάποιες υποκατηγορίες σε αυτές τις αντιδράσεις. Ας δούμε τώρα μερικά παραδείγματα α) Μέταλλο + άλας άλας + μέταλλο Zn(s) + CuSO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + Cu(s) 2Na(s) + FeCl 2 (aq) 2NaCl(aq) + Fe(s) Οι αντιδράσεις αυτές γίνονται εφόσον το στοιχείο που είναι ελεύθερο είναι δραστικότερο από το στοιχείο που αντικαθίσταται. Αλλιώς η αντίδραση δεν γίνεται. β) Μέταλλο + οξύ άλας + Η 2 2Al(s) + 6HCl(aq) 2AlCl 3 (aq) + 3H 2 (g) Να παρατηρήσουμε ότι στις αντιδράσεις αυτές το μέταλλο εμφανίζεται στα προϊόντα με το μικρότερο αριθμό οξείδωσης από αυτούς που τυχόν έχει. Έτσι ο σίδηρος με τιμές 2 και 3 δίνει ενώσεις με την τιμή 2. Εξαιρείται ο χαλκός που δίνει ενώσεις του Cu 2+. π.χ. Fe(s) + 2HBr(aq) FeBr 2 (aq) + H 2 (g) Επίσης, τα πυκνά διαλύματα θειικού οξέος κατά τις αντιδράσεις τους με μέταλλα δίνουν πολύπλοκες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (και όχι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης). Το ίδιο ισχύει και για τα διαλύματα πυκνού και αραιού νιτρικού οξέος. Τα τρία αυτά οξέα χαρακτηρίζονται σαν οξειδοαναγωγικά και οι αντιδράσεις που 5
δίνουν ακολουθούν συγκεκριμένη μεθοδολογία για την πρόβλεψη των προϊόντων και τον προσδιορισμό των συντελεστών. Το συγκεκριμένο θέμα ξεφεύγει από τα πλαίσια της Α Λυκείου. γ) Μέταλλο + νερό + Η 2 Τα πιο δραστικά μέταλλα K, Ba, Ca, Na αντιδρούν με το νερό και δίνουν την αντίστοιχη βάση (υδροξείδιο του μετάλλου) και Η 2. π.χ. 2Na(s) + 2H 2 O(l) 2NaOH(aq) + H 2 (g) Τα υπόλοιπα πιο δραστικά από το υδρογόνο μέταλλα αντιδρούν με υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία και δίνουν οξείδιο του μετάλλου και υδρογόνο, π.χ. Mg(s) + H 2 O(g) MgO(s) + H 2 (g) 14. Ποιες κατηγορίες έχουμε στις μεταθετικές αντιδράσεις; Οι μεταθετικές αντιδράσεις διακρίνονται σε διπλές αντικαταστάσεις και στα εξουδετερώσεις. Οι εξουδετερώσεις μπορούν να θεωρηθούν σαν μια ειδική κατηγορία διπλών αντικαταστάσεων. 15. Ποιες αντιδράσεις λέγονται διπλές αντικαταστάσεις; Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης ονομάζονται οι αντιδράσεις μεταξύ δύο ηλεκτρολυτών σε υδατικά διαλύματα, κατά τις οποίες οι ηλεκτρολύτες ανταλλάσσουν ιόντα, σύμφωνα με το σχήμα: Α + Β - + Γ + Δ - Α + Δ - + Γ + Β - Σ αυτό το είδος αντιδράσεων ανήκουν και οι αντιδράσεις μεταξύ οξέων και βάσεων (εξουδετερώσεις), οι οποίες εξετάζονται χωριστά στην αμέσως επόμενη ενότητα. Ας δούμε, όμως, μερικά παραδείγματα. AgNO 3 (aq) + NaCl(aq) NaNO 3 (aq) + AgCl Na 2 CO 3 (aq) + Ca(OH) 2 (aq) 2NaOH(aq) + CaCO 3 BaCl 2 (aq) + 2HNO 3 (aq) Ba(NO 3 ) 2 (aq) + 2HCl Εδώ πρέπει να υπογραμμίσουμε ότι μία αντίδραση διπλής αντικατάστασης γίνεται μόνο εφόσον ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης: «πέφτει» ως ίζημα (καταβύθιση). εκφεύγει ως αέριο από το αντιδρών σύστημα είναι ελάχιστα ιοντιζόμενη ένωση, δηλαδή διίσταται σε πολύ μικρό ποσοστό. Η τελευταία περίπτωση θίγεται σχεδόν αποκλειστικά στην εξουδετέρωση, όπου σχηματίζεται η ελαχιστη ιοντιζόμενη ένωση νερό. Για τις άλλες περιπτώσεις θα πρέπει να μάθουμε να αναγνωρίζουμε ποια είναι τα ιζήματα και τα αέρια. Αυτά δίνονται σε μορφή πίνακα παρακάτω. ΑΕΡΙΑ: HCl, HBr, HI, H 2 S, HCN, SO 2, CO 2, NH 3 ΙΖΗΜΑΤΑ: AgCl, AgBr, AgI, BaSO 4, CaSO 4, PbSO 4 Όλα τα ανθρακικά άλατα εκτός από K 2 CO 3, Na 2 CO 3, (NH 4 ) 2 CO 3. 6
Όλα τα θειούχα άλατα εκτός από K 2 S, Na 2 S, (NH 4 ) 2 S. Όλα τα υδροξείδια των μετάλλων εκτός από KOH, NaOH, Ca(OH) 2, Ba(OH) 2 Παρατήρηση: Το ανθρακικό οξύ (Η 2 CO 3 ) και το θειώδες οξύ (H 2 SO 3 ) είναι ασταθείς ενώσεις, ενώ το υδροξείδιο του αμμωνίου (ΝΗ 4 ΟΗ) είναι μόριο υποθετικό. Γι αυτό στη θέση των προϊόντων γράφουμε: CO 2 + H 2 O αντί H 2 CO 3 SO 2 + H 2 O αντί H 2 SO 3 NH 3 + H 2 O αντί NH 4 OΗ 16. Ποιες αντιδράσεις λέγονται εξουδετερώσεις. Εξουδετέρωση ονομάζεται η αντίδραση ενός οξέος με μία βάση. Κατά την αντίδραση αυτή τα υδρογονοκατιόντα (Η + ) που προέρχονται από το οξύ ενώνονται με τα ανιόντα υδροξειδίου (ΟΗ - ) που προέρχονται από τη βάση, και δίνουν νερό: Η + + ΟΗ - Η 2 Ο Εξαιτίας της αντίδρασης αυτής πολλές φορές «εξαφανίζονται» (εξουδετερώνονται) τόσο οι ιδιότητες του οξέος (που οφείλονται στα Η + ) όσο και οι ιδιότητες της βάσης (που οφείλονται στα ΟΗ - ). Γι αυτό και η αντίδραση ονομάζεται εξουδετέρωση. Κατά την εξουδετέρωση το ανιόν του οξέος και το κατιόν της βάσης σχηματίζουν άλας. Ας δούμε μερικά παραδείγματα NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq) + 2KOH(aq) K 2 SO 4 (aq) + 2H 2 O(l) 3Ca(OH) 2 (aq) + 2H 3 PO 4 (aq) Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6H 2 O(l) Οι αντιδράσεις που προηγήθηκαν αποτελούν παραδείγματα πλήρους εξουδετέρωσης, οπότε το άλας που σχηματίζεται είναι ένα ουδέτερο ή κανονικό άλας. Στην περίπτωση που η εξουδετέρωση είναι μερική, είναι δυνατόν να σχηματιστούν όξινα ή βασικά άλατα (π.χ. KHSO 4 και Ca(OH)Cl). Αυτές όμως οι αντιδράσεις παρασκευής όξινων και βασικών αλάτων είναι πέρα από τα πλαίσια των μαθημάτων που δίνονται σ αυτό το βιβλίο. Όπως ήδη αναφέραμε, τα όξινα οξείδια έχουν στα υδατικά τους διαλύματα συμπεριφορά οξέων και αντίστοιχα τα βασικά οξείδια συμπεριφορά βάσεων. Έτσι, στις αντιδράσεις εξουδετέρωσης μπορούν να συμπεριληφθούν και οι παρακάτω περιπτώσεις: N 2 O 5 (aq) + 2NaOH(aq) 2NaNO 3 (aq) + H 2 O(l) όξινο οξείδιο βάση άλας + νερό CaO(aq) + 2HCl(aq) CaCl 2 (aq) + H 2 O(l) βασικό οξείδιο οξύ άλας + νερό Το νερό το οποίο παράγεται είναι λιγότερα μόρια από αυτό που θα παραγόταν αν είχαμε τα αντίστοιχα οξέα ή βάσεις και όχι τα οξείδια που ονομάζονται ανυδρίτες. Μία εξαίρεση: Στις αντιδράσεις της ΝΗ 3 με οξέα και στις αντιδράσεις μεταξύ όξινων και βασικών οξειδίων δεν έχουμε παραγωγή νερού. Π.χ. 2NH 3 (aq) + H 2 SO 4 (aq) (NH 4 ) 2 SO 4 (aq) 7
3SO 3 + Fe 2 O 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) Εδώ δεν παράγεται νερό γιατί έχουμε ανυδρίτη με ανυδρίτη να αντιδρούν. Β. ΑΣΚΗΣΕΙΣ α) Να γραφούν οι εξισώσεις για τις αντιδράσεις που περιγράφονται: 1. αργίλιο και θείο θειούχο αργίλιο 2. αργίλιο και οξυγόνο οξείδιο του αργιλίου 3. σίδηρος και χλώριο χλωριούχο σίδηρο (ΙΙΙ) 4. κασσίτερος και οξυγόνοοξείδιο του κασσίτερου (ΙΙ) 5. οξείδιο του χαλκού (ΙΙ) διασπάται σε χαλκό και οξυγόνο 6. βρωμιούχος άργυρος διασπάται σε άργυρο και βρώμιο 7. ψευδάργυρος + υδροβρώμιο 8. ιώδιο + φθοριούχο νάτριο 9. νάτριο + χλωριούχο αργίλιο 10. χαλκός + νιτρικός άργυρος 11. άργυρος + υδροχλώριο 12. κάλιο + φωσφορικό οξύ 13. βάριο + νερό 14. ψευδάργυρος + νερό 15. χλωριούχο αργίλιο + νιτρικός άργυρος 16. ανθρακικό βάριο + υδροχλώριο 17. θειώδης ψευδάργυρος + θειικό οξύ 18. νιτρικό βάριο + θειικό νάτριο 19. χλωριούχο αμμώνιο + υδροξείδιο του μαγνησίου 20. όξινο ανθρακικό νάτριο + υδροϊώδιο 21. θειικό αμμώνιο + υδροξείδιο του καλίου 22. νιτρικός μόλυβδος (ΙΙ) + θειούχο νάτριο 23. πεντοξείδιο του φωσφόρου + υδροξείδιο του καλίου 24. τριοξείδιο του θείου + υδροξείδιο του αργιλίου 25. διοξείδιο του άνθρακα + υδροξείδιο του ασβεστίου 26. θειικό οξύ + οξείδιο του καλίου 27. νιτρικό οξύ + οξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ) 28. πεντοξείδιο του αζώτου + οξείδιο του ασβεστίου β) Συμπληρώστε συντελεστές όπου εσείς θεωρείτε ότι χρειάζεται : 1. Η 2 + Ι 2 ΗΙ 2. Να + Cl 2 NaCl 3. Ca + O 2 CaO 4. Fe + Cl 2 FeCl 2 8
5. Ba + S BaS 6. CaO + CO 2 CaCO 3 7. Fe 2 O 3 + H 2 O Fe(OH) 3 8. BaO + H 2 O Ba(OH) 2 9. Na 2 O + H 2 O NaOH 10. CaO + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 O 11. BaO + HNO 3 Ba(NO 3 ) 2 12. KClO 3 KCl + O 2 13. HgO O 2 + Hg 14. Na + HCl NaCl + H 2 15. Fe + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO 2 + H 2 O 16. CaO + HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 O 17. Na 2 O + HCl NaCl + H 2 O 18. BaO + H 2 SO 4 BaSO 4 + H 2 O 19. K 2 O + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + H 2 O 20. NaOH + HCl NaCl + H 2 O 21. KOH + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + H 2 O 22. Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O 23. Ba(OH) 2 + N 2 O 5 Ba(NO 3 ) 2 + H 2 O 24. KOH + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + H 2 O 25. NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 O 26. Na + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 27. Ba + H 3 PO 4 Ba 3 (PO 4 ) 2 + H 2 28. Cl 2 + NaI NaCl + I 2 29. Zn + Fe(NO 3 ) 2 Zn (NO 3 ) 2 + Fe 30. K + CaCO 3 K 2 CO 3 + Ca γ) Να συμπληρωθούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων που ακολουθούν και να χαρακτηρισθούν οι αντιδράσεις σαν Συνθέσεις Αποσυνθέσεις Απλές αντικαταστάσεις : 31. H 2 + Cl 2.. 9
32. Na 2 O +.. NaOH 33. Ca +... CaO 34. Ba +... Ba(OH) 2 +.. 35. H 2 + S 36. N 2 O 5 +.. HNO 3 37.. + FeS K 2 S + 38. KClO 3 KCl +.. 39. H 2 SO 3 SO 2 + 40. N 2 + H 2... 41. SO 3 + H 2 O... 42. Ba + Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe + 43. H 2 + I 2. 44. S +.. SO 3 45. Cl 2 + NaBr.+ Br 2 46. C + O 2. 47. CaCO 3 CaO +.. 48. NH 4 OH H 2 O + 49. HgO +.. 50. Mg +.. MgO Γ. ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ 3.21. Συμπληρώστε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις : 10
α) Για να πραγματοποιηθεί μια χημική αντίδραση, θα πρέπει τα... των χημικών ουσιών να... μεταξύ τους, ώστε να... κάποιοι δεσμοί και να δημιουργηθούν καινούργιοι. β) Αν κατά μια χημική αντίδραση ελευθερώνεται θερμότητα στο περιβάλλον, η αντίδραση ονομάζεται... ενώ αν απορροφάται θερμότητα, ονομάζεται... γ) Οι παράγοντες που επηρεάζουν των ταχύτητα μιας αντίδρασης είναι κυρίως : η... των..., η..., οι... και η... δ) Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής έχουμε... του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο.), ενώ στις... αντιδράσεις δεν έχουμε οξείδωση ονομάζεται η... του Α.Ο., ενώ αναγωγή η... του Α.Ο. Η οξειδωτική ουσία... (δηλ.... ο Α.Ο.) ενώ η αναγωγική ουσία... (δηλ... ο Α.Ο.) 3.22. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες λανθασμένες (Λ) : Α. Στις χημικές αντιδράσεις ο αριθμός και το είδος των μορίων δεν αλλάζει. Β. Για να πραγματοποιηθεί μια χημική αντίδραση, θα πρέπει τα δομικά σωματίδια των χημικών ουσιών να συγκρουστούν μεταξύ τους και να έχουν ορισμένη ενέργεια. Γ. Αν για να γίνει μια χημική αντίδραση απαιτείται ενέργεια, η αντίδραση λέγεται ενδόθερμη. Δ. Υπάρχουν μερικές αντιδράσεις που λέγονται θερμοουδέτερες, κατά τις οποίες δεν υπάρχει, πρακτικά, μεταβολή στην ενέργεια. 3.23. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μάζας των Lomonosov - Lavoisier για την αντίδραση Α + Β Γ, ποιες προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες λανθασμένες (Λ) : Α. Η μάζα του Γ που παράγεται είναι ίση με τη μάζα του Α που αντιδρά, δηλ. m A = m Γ. Β. Οι μάζες των τριών σωμάτων είναι ίσες, δηλαδή m A = m B = m Γ. Γ. Η μάζα του Γ που παράγεται είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των Α και Β που αντιδρούν, δηλαδή m A + m B = m Γ. Δ. Αν αντιδράσουν πλήρως 20 g Α με 30 g Β θα παραχθούν 50 g Γ. 11
3.24. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις για την ταχύτητα μιας αντίδρασης είναι σωστές (Σ) και ποιες λανθασμένες (Λ) : Α. Ταχύτητα αντίδρασης ονομάζεται η ελάττωση των συγκεντρώσεων των σωμάτων, που παίρνουν μέρος σ' αυτή, στη μονάδα του χρόνου. Β. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης αυξάνεται με την αύξηση των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων. Γ. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα των ενδόθερμων αντιδράσεων. Δ. Με τα ένζυμα που υπάρχουν στον οργανισμό, οι αντιδράσεις γίνονται πολύ γρηγορότερα. 3.32. Γενικά, για να γίνει μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης θα πρέπει : Α. Ενα τουλάχιστον από τα προϊόντα να είναι οξύ. Β. Ενα τουλάχιστον από τα προϊόντα να είναι ίζημα. Γ. Ενα τουλάχιστον από τα προϊόντα να είναι υγρό. Δ. Να παραχθεί H 2 CO 3 ή ΝΗ 4 ΟΗ, που δεν είναι σταθερά σαν προϊόντα. 3.33. Κατά την ανάμιξη διαλύματος NaΟΗ με διάλυμα CuSO 4 γίνεται αντίδραση, επειδή : Α. Ελευθερώνεται αέριο. Β. Καταβυθίζεται ίζημα. Γ. Το νάτριο είναι ηλεκτροθετικότερο από τον χαλκό. Δ. Το Na0Η αντιδρά με όλα τα άλατα, δίνοντας αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης. 3.34. Ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχει ως προϊόν ίζημα : Α. HCI + ΝαΟΗ Γ. NaΟH + CUSO 4 Β. Cα(ΟH) 2 + ΝΗ 4 Α Δ. KCI + Cα(ΟH) 2 3.35. Ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχει ως προϊόν αέριο : Α. ΗΝΟ 3 + ΚΟΗ Γ. CαCl 2 + K 2 SO 4 Β. Na 2 CO 3 + HCi Δ. MgCl 2 + Βα(ΟΗ) 2 12
3.36. Να συνδυάσετε μια ουσία της πρώτης στήλης με μια ουσία της δεύτερης στήλης, ώστε να προκύψει ως προϊόν ουσία της τρίτης στήλης : I II III HCI Mn(NO 3 ) 2 CO 2 NaOH Na 2 CO 3 AgCl ΒαCl 2 AgNO 3 ΒαSO 4 H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 Mn(OH) 2 3.37. Κατά την αντίδραση ανθρακικού αμμωνίου με διάλυμα καυστικού νατρίου και ήπια θέρμανση του διαλύματος, εκλύεται ένα αέριο. Αυτό είναι : Α. Το διοξείδιο του άνθρακα Γ. Το ανθρακικό νάτριο Β. Η αμμωνία Δ. Οι υδρατμοί. 3.38. Να εξηγήσετε γιατί δεν μπορούν να υπάρξουν τα παρακάτω "διαλύματα" : Α. Διάλυμα φωσφορικού ασβεστίου σε νερό. Β. Διάλυμα οξειδίου του ασβεστίου σε νερό. Γ. Διάλυμα πεντοξειδίου του φωσφόρου σε νερό. Δ. Υδατικό διάλυμα που να περιέχει ταυτόχρονα υδροχλωρικό οξύ και οξείδιο του νατρίου. 3.39. Εξετάστε αν είναι δυνατό να υπάρχουν υδατικά διαλύματα που να περιέχουν τα παρακάτω ζευγάρια : Α. NαOH και Cα(OH) 2 B. HCl και HCN Γ. AgNO 3 και NαCI Δ. NH 3 και NH 4 NO 3 E. SO 3 και ΚΟΗ. Δικαιολογήστε στις περιπτώσεις αρνητικής απάντησης. Δ. ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 3.52. Να ονομαστούν οι ενώσεις : Pb(NO 3 ) 2 K 2 O 13
HClO NαΟΗ Zn(OH) 2 H 2 CO 3 Fe 2 O 3 FeO Cr(IO 3 ) 3 BαSO 4 HBrO 3 Mg(CN) 2 Au(OH) 3 Cα(NO 2 ) 2 CαO Cr 2 S 3 Bi 2 S 3 HF HNO 2 Cu(ClO) 2 Pb(OH) 2 LiNO 3 CuO K 2 Cr 2 O 7 Hg(BrO 2 ) 2 Na 2 CrO 4 HClO 4 (NH 4 ) 2 S Sn(OH) 2 KHCO 3 Ag 3 PO 4 NaHSO 3 3.53. Να γραφούν οι τύποι των ενώσεων : χλωριούχος ψευδάργυρος οξείδιο του υδραργύρου (Ι) φωσφορικός χαλκός (Ι) υδροξείδιο του ασβεστίου θειϊκός σίδηρος (ΙΙ) νιτρώδες ασβέστιο ιωδιώδες μαγγάνιο θειώδης ψευδάργυρος ανθρακικός μόλυβδος υδροϊώδιο βρωμιούχο χρώμιο ανθρακικό αργίλιο ιωδικό οξύ θειούχο μαγνήσιο καυστικό κάλιο υδρόθειο φωσφορικό αμμώνιο υδροξείδιο του βισμουθίου όξινο θειϊκό νάτριο. νιτρικό οξύ υδροξείδιο του μαγγανίου οξείδιο του λευκοχρύσου χλωριώδης κασσίτερος θειώδες βάριο οξείδιο του αργύρου φθοριούχο αργίλιο υποχλωριώδες οξύ χλωρικό κάλιο 14
κυανιούχος σίδηρος (ΙΙΙ) Τετροξείδιο του αζώτου 3.55. Nα συμπληρωθεί ο κάτωθι πίνακας και να ονομαστούν οι ενώσεις: H + NH 4 + Ba 2+ Fe 3+ CN - I - CO 3 2- PO 4 3-3.56. Nα συμπληρωθούν οι αντιδράσεις : NaOH + HBr Ca(OH) 2 + HI KOH + H 2 SO 4 HNO 3 + Fe(OH) 2 NH 4 OH + HCl Mg(OH) 2 + N 2 O 5 KOH + CO 2 NaOH + SO 2 Ca(OH) 2 + P 2 O 5 Al 2 O 3 + H 2 SO 4 3.57. Oμοίως AgNO 3 + FeCl 3 Na 2 CO 3 + Ba(OH) 2 Cr 2 (SO4) 3 + KOH Pb(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 ZnCO 3 + HNO 3 Ca + H 3 PO 4 Na + H 2 O Ba + H 2 O
Zn + AgNO 3 Fe + CuSO 4
3.58. Oμοίως Ca(OH) 2 +.....Ca 3 (PO 4 ) 2 +. Na 2 SO 4 +.....NaCl +..... FeS +.....FeCl 2 + H 2 S NaOH +.....NaBr + H2O CaO +... Ca(OH) 2 K 3 PO 4 +... Ca 3 (PO 4 ) 2 + KOH 3.59. Oμοίως Ca(OH) 2 + HNO 3 CaO + HNO 3 KOH + HCl AgNO 3 + HCl NH 4 OH + H 2 SO 4 FeCl 2 + AgNO 3 Sn(NO 3 ) 4 + H 2 S 17