4. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ: ΕΙΣΑΓΩΓΗ

4. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΙΣ: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων Μοριακές και ιοντικές εξισώσεις Αντιδράσεις καταβύθισης Αντιδράσεις οξέων βάσεων Αντιδράσεις οξείδωσης αναγωγής Ισοστάθμιση απλών εξισώσεων οξείδωσης αναγωγής Γραμμομοριακή συγκέντρωση Αραίωση διαλυμάτων Σταθμική ανάλυση Ογκομετρική ανάλυση

Ιόντα σε υδατικό διάλυμα Θα δούμε: 1. Ποιεςαποδείξειςέχουμεγιατηνύπαρξηιόντωνσε διαλύματα. 2. Πώς γράφουμε χημικές εξισώσεις για αντιδράσεις που γίνονται μεταξύ ιόντων. 3. Πώς ταξινομούνται οι διάφορες χημικές αντιδράσεις. Αντίδραση διαλύματος ιωδιδίου του καλίου με διάλυμα νιτρικού μολύβδου(ιι). Τα αντιδρώντα διαλύματα είναι άχρωμα, όμως ένα από τα προϊόντα, το ιωδίδιο του μολύβδου(ιι), σχηματίζει ένα κίτρινο ίζημα.

Η ιοντική θεωρία των διαλυμάτων (Svante Arrhenius, 1884) Μπαταρία Cl Na + Κίνηση ιόντων σε διάλυμα Τα ιόντα κατέχουν σταθερές θέσεις σε έναν κρύσταλλο. Όμως, στην πορεία διάλυσης, τα ιόντα εγκαταλείπουν τον κρύσταλλο και κινούνται ελεύθερα. Σημειώνουμε ότι τα ιόντα Na + (μικρές γκρίζες σφαίρες) έλκονται προς το αρνητικό σύρμα, ενώ τα ιόντα Cl (μεγάλες κυανοπράσινες σφαίρες) έλκονται προς το θετικό σύρμα.

Ηλεκτρολύτες και μη ηλεκτρολύτες Ποιεςουσίεςονομάζουμεηλεκτρολύτες και ποιες μη ηλεκτρολύτες. Παρατήρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενός διαλύματος Καθαρό νερό δεν άγει τον ηλεκτρισμό και γι' αυτό ο λαμπτήρας δεν ανάβει. Ένα διάλυμα χλωριδίου του νατρίου επιτρέπει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος και ο λαμπτήρας ανάβει.

Ισχυροί και ασθενείς ηλεκτρολύτες NaCl(s) H 2 O Na + (aq) + Cl (aq) NH 3 (aq) + H 2 O( ) NH 4 + (aq) + OH (aq) Σύγκριση ισχυρών και ασθενών ηλεκτρολυτών Το διάλυμα στα αριστερά είναι HCl(aq) [ισχυρός ηλεκτρολύτης: HCl(aq) H + (aq) + Cl (aq)], ενώ το διάλυμα δεξιά είναι ΝΗ 3 (aq) (ασθενής ηλεκτρολύτης). Παρατηρούμε πόσο πιο έντονα ανάβει ο λαμπτήρας στα αριστερά σε σχέση με αυτόν στα δεξιά.

Μοριακές και ιοντικές ενώσεις Μοριακή εξίσωση: όταν αντιδρώντα και προϊόντα αναγράφονται ως μοριακές ενώσεις, ανεξάρτητα αν αυτές στην πραγματικότητα εμφανίζονται στο διάλυμα υπό μορφή ιόντων. Ca(OH) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) CaCO 3 (s) + 2NaOH(aq) Πλήρης ιοντική εξίσωση: όταν οι ισχυροί ηλεκτρολύτες (ευδιάλυτες ιοντικές ενώσεις) αναγράφονται ως ξεχωριστά ιόντα Ca 2+ (aq) + 2OH (aq) + 2Na + (aq) + CO 3 2 (aq) CaCO 3 (s) + 2Na + (aq) + 2OH (aq) Ιόντα θεατές: τα ιόντα που δεν συμμετέχουν στην αντίδραση Τελική ιοντική εξίσωση: η χημική εξίσωση από την οποία τα ιόντα θεατές έχουν διαγραφεί. Ca 2+ (aq) + 2OH (aq) + 2Na + (aq) + CO 3 2 (aq) CaCO 3 (s) + 2Na + (aq) + 2OH (aq) Ca 2+ (aq) + CO 3 2 (aq) CaCO 3 (s)

Η αξία της τελικής ιοντικής εξίσωσης Η αξία της τελικής ιοντικής εξίσωσης είναι η γενικότητά της Π.χ., τα ιόντα Ca 2+ και CO 2 3, ανεξάρτητα από προέλευση, αντιδρούν και σχηματίζουν ίζημα CaCO 3 ασβεστολιθικά πετρώματα Στρώματα ασβεστολιθικών πετρωμάτων Πιστεύεται ότι ο περισσότερος ασβεστόλιθος σχηματίσθηκε ως κατακρήμνισμα ανθρακικού ασβεστίου (και άλλων ανθρακικών αλάτων) από νερό θαλασσών. Ηφωτογραφίαδείχνει ασβεστολιθικά στρώματα στο Κάνυον Μπράις (Εθνικό Πάρκο, Γιούτα, ΗΠΑ). Πριν από 60 εκατομμύρια χρόνια, η περιοχή αυτή ήταν σκεπασμένη από τα νερά της θάλασσας.

Άσκηση 4.1 ιατύπωση τελικών ιοντικών εξισώσεων ιατυπώστε πλήρεις ιοντικές και τελικές ιοντικές εξισώσεις για καθεμία από τις ακόλουθες μοριακές εξισώσεις. (α) 2HNO 3 (aq) + Mg(OH) 2 (s) 2H 2 O( ) + Mg(NO 3 ) 2 (aq) Το νιτρικό οξύ, ΗΝΟ 3, είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης. (β) Pb(NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 SO 4 (aq) PbSO 4 (s) + 2NaNO 3 (aq) (α) ΗΝΟ 3 : ισχυρός ηλεκτρολύτης Mg(OH) 2 : δυσδιάλυτο στερεό διατηρεί τον τύπο του Mg(NO 3 ) 2 : ευδιάλυτη ιοντική ένωση Η 2 Ο : μη ηλεκτρολύτης διατηρεί τον μοριακό του τύπο ηπλήρηςιοντικήεξίσωσηείναι 2H + (aq) + 2NO 3 (aq) + Mg(OH) 2 (s) 2H 2 O( ) + Mg 2+ (aq) + 2NO 3 (aq) Η τελική ιοντική εξίσωση είναι 2H + (aq) + Mg(OH) 2 (s) 2H 2 O( ) + Mg 2+ (aq)

Άσκηση 4.1 (β) Όλες οι ενώσεις είναι ευδιάλυτες εκτός από το PbSO 4 που είναι δυσδιάλυτο στερεό και γι αυτό διατηρεί τον τύπο του. Η πλήρης ιοντική εξίσωση είναι Pb 2+ (aq) + 2NO 3 (aq) + 2Na + (aq) + SO 4 2 (aq) Η τελική ιοντική εξίσωση είναι PbSO 4 (s) + 2Na + (aq) + 2NO 3 (aq) Pb 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) PbSO 4 (s)

Τύποι χημικών αντιδράσεων 1. Αντιδράσεις καταβύθισης 2. Αντιδράσεις οξέων-βάσεων 3. Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής Αντιδράσεις καταβύθισης ιαλυτότητα (ευδιάλυτες ενώσεις και αδιάλυτες ή δυσδιάλυτες ενώσεις) Ίζημα : αδιάλυτη στερεή ένωση που σχηματίζεται στη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης Πρόβλεψη αντιδράσεων καταβύθισης Μια αντίδραση καταβύθισης λαμβάνει χώρα όταν ένα προϊόν είναι αδιάλυτο στο νερό. Αντιδράσεις ανταλλαγής ή μετάθεσης = οι αντιδράσεις καταβύθισης υπό μοριακή μορφή (δείχνουν ανταλλαγή ιόντων μεταξύ των δύο αντιδρώντων)

Ευδιάλυτες ιοντικές ενώσεις Ευδιάλυτες ενώσεις: ενώσεις που διαλύονται εύκολα (στο νερό). 1. Οι ιοντικές ενώσεις των μετάλλων της Ομάδας ΙΑ και του αμμωνίου (LiCl, NaBr, RbI, CsF, NH 4 Cl κ.λπ.) 2. Τα οξικά και νιτρικά άλατα [ π.χ. CH 3 COONa, Ca(NO 3 ) 2 ] 3. Τα περισσότερα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια Εξαιρέσεις: AgCl, Hg 2 Cl 2, PbCl 2, AgBr, Hg 2 Br 2, PbBr 2 κ.λπ. 4. Τα περισσότερα θειικά άλατα Εξαιρέσεις: CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4, Ag 2 SO 4, Hg 2 SO 4, PbSO 4 5. Τα ανθρακικά άλατα των μετάλλων ΙΑ και του ΝΗ 4 + 6. Τα φωσφορικά άλατα των μετάλλων ΙΑ και του ΝΗ 4 + 7. Τα σουλφίδια των μετάλλων ΙΑ, ΙΙΑ και του ΝΗ 4 + 8. Τα υδροξείδια των μετάλλων ΙΑ και ΙΙΑ (Ca, Sr και Ba)

υσδιάλυτεςιοντικέςενώσεις υσδιάλυτες ενώσεις: ενώσεις με μικρή έως ελάχιστη διαλυτότητα (στο νερό), 1. Χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια, όπως AgCl, Hg 2 Cl 2, PbCl 2, AgBr, Hg 2 Br 2, PbBr 2, AgI, HgI 2, PbI 2 2. Θειικά άλατα, όπως CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4, Ag 2 SO 4, Hg 2 SO 4, PbSO 4 3. Ανθρακικά άλατα, όπως CaCO 3, SrCO 3, BaCO 3, Ag 2 CO 3, PbCO 3 4. Φωσφορικά άλατα, όπως Ca 3 (PO 4 ) 2, Sr 3 (PO 4 ) 2, Ba 3 (PO 4 ) 2, Ag 3 PO 4, 5. Σουλφίδια μεταβατικών και άλλων μετάλλων, όπως FeS, CuS, Ag 2 S, Bi 2 S 3, SnS 2, 6. Υδροξείδια μεταβατικών και άλλων μετάλλων, όπως Fe(OH) 3, Cr(OH) 3, Ni(OH) 2, Al(OH) 3

Άσκηση 4.2 Εκτίμηση για το αν θα λάβει χώρα αντίδραση καταβύθισης Αναμιγνύετε υδατικά διαλύματα ιωδιδίου του νατρίου και οξικού μολύβδου(ιι). Αν γίνεται αντίδραση, γράψτε την ισοσταθμισμένη μοριακή εξίσωση και την τελική ιοντική εξίσωση. Αν δεν λαμβάνει χώρα αντίδραση, γράψτε τους τύπους των ενώσεων και, μετά το βέλος, την ένδειξη ΚΑ. Οι τύποι των ενώσεων είναι NaI και Pb(C 2 H 3 O 2 ) 2. Με ανταλλαγή των ανιόντων λαμβάνουμε οξικό νάτριο, NaC 2 H 3 O 2, και ιωδίδιο του μολύβδου(ιι), PbI 2. Η εξίσωση για την αντίδραση ανταλλαγής είναι NaI + Pb(C 2 H 3 O 2 ) 2 NaC 2 H 3 O 2 + PbI 2

Άσκηση 4.2 Πίνακας 4.1 NaI ευδιάλυτο (Κανόνας 1) Pb(C 2 H 3 O 2 ) 2 ευδιάλυτος (Κανόνας 2), NaC 2 H 3 O 2 ευδιάλυτο (Κανόνες 1 και 2) PbI 2 είναι αδιάλυτο (Κανόνας 3) καταβυθίζεται PbI 2 Η ισοσταθμισμένη μοριακή εξίσωση με ενδείξεις φάσεων είναι 2NaI(aq) + Pb(C 2 H 3 O 2 ) 2 (aq) 2NaC 2 H 3 O 2 (aq) + PbI 2 (s) Τελική ιοντική εξίσωση: γράφουμε τις ευδιάλυτες ιοντικές ενώσεις υπό μορφή ιόντων και διαγράφουμε τα ιόντα θεατές (C 2 H 3 O 2 και Na + ) Pb 2+ (aq) + 2I (aq) PbI 2 (s)

Κοινά οξέα και βάσεις Αντιδράσεις οξέων-βάσεων Όνομα Τύπος Παρατηρήσεις Οξέα Ακετυλοσαλικυλικό οξύ ΗC 9 H 7 O 4 Ασπιρίνη Ασκορβικό οξύ H 2 C 6 H 6 O 6 Βιταμίνη C Θειικό οξύ H 2 SO 4 Υγρό μπαταριών Κιτρικό οξύ H 3 C 6 H 5 O 7 Στο χυμό λεμονιού Οξικό οξύ HC 2 H 3 O 2 Στο ξίδι Υδροχλωρικό οξύ HCl Στο γαστρικό υγρό Βάσεις Αμμωνία NH 3 Οικιακό καθαριστικό Υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(OH) 2 Κονιάματα οικοδομών Υδροξείδιο του μαγνησίου Mg(OH) 2 Αντιόξινο & καθαρτικό Υδροξείδιο του νατρίου NaOH Καθαριστικό φούρνων

Οξέα και βάσεις οικιακής χρήσης Μια ποικιλία προϊόντων οικιακής χρήσης που είναι είτε οξέα είτε βάσεις (σόδα μαγειρικής, αναψυκτικά, χυμοί φρούτων, ξίδι, απορρυπαντικά, καθαριστικά, αντιόξινα κ.λπ.)

είκτες οξέων βάσεων Μια απλή ιδιότητα των οξέων και βάσεων είναι η ικανότητά τους να προκαλούν χρωματικές αλλαγές ορισμένων χρωστικών ουσιών. είκτης οξέος βάσης: μια χρωστική που χρησιμοποιείται για τη διάκριση ανάμεσα σε όξινα και βασικά διαλύματα μέσω χρωματικών αλλαγών Φυσικοί δείκτες: εκχυλίσματα από τσάι, κόκκινο λάχανο Άλλοι δείκτες: ηλιοτρόπιο, φαινολοφθαλεΐνη, ερυθρό του μεθυλίου

είκτες οξέων βάσεων Ο χυμός από κόκκινο λάχανο είναι ένας δείκτης οξέων-βάσεων Παρασκευή χυμού από κόκκινο λάχανο. Το ποτήρι (πράσινο διάλυμα) περιέχει χυμό από κόκκινο λάχανο και υδρογονανθρακικό νάτριο. Χυμός από κόκκινο λάχανο έχει προστεθεί από σταγονόμετρο στα ποτήρια. Τα διαλύματα αυτά ποικίλλουν σε οξύτητα, από πολύ όξινα (αριστερά) μέχρι πολύ βασικά (δεξιά).

Ορισμοί οξέος και βάσης Οξύ κατά Arrhenius: HNO 3 (aq) H + (aq) + NO 3 (aq) (παράγει ιόντα Η + ) Βάση κατά Arrhenius: NaOH(aq) Na + (aq) + OH (aq) (παράγει ιόντα ΟΗ ) NH 3 (aq) + H 2 O( ) NH 4 + (aq) + OH (aq) Οξύ και βάση κατά Brønsted-Lowry (πρωτονιοδότης και πρωτονιοδέκτης) Οξεοβασικές αντιδράσεις = αντιδράσεις μεταφοράς πρωτονίων H + NH 3 (aq) + H 2 O( ) NH 4+ (aq) + OH (aq)

Οξύ και βάση κατά Brønsted-Lowry ιάλυσηνιτρικούοξέοςστονερό= αντίδραση μεταφοράς πρωτονίου H + HNO 3 (aq) + H 2 O( ) NO 3 (aq) + H 3 O + (aq) Πρωτονιοδότης Πρωτονιοδέκτης Οξύ Βάση + + HNO 3 (aq) H 2 O( ) NO 3 (aq) H 3 O + (aq) Η + (aq) (ιόν υδρογόνου) και Η 3 Ο + (ιόν υδρονίου ή οξονίου) παριστάνουν ακριβώς το ίδιο φυσικό ιόν

Ισχυρά και ασθενή οξέα και βάσεις Ορισμοί ισχυρών και ασθενών οξέων και βάσεων Ισχυρά οξέα: HI(aq) + H 2 O( ) H 3 O + (aq) + I (aq) Ασθενή οξέα: HNO 2 (aq) + H 2 O( ) H 3 O + (aq) + NO 2 (aq) Ισχυρές βάσεις: KOH(aq) K + (aq) + OH (aq) Ασθενείς βάσεις: NH 3 (aq) + H 2 O( ) NH + 4 (aq) + OH (aq) Συνηθισμέναισχυράοξέακαιβάσεις Ισχυρά οξέα HClO 4 H 2 SO 4 HI Ισχυρές βάσεις LiOH NaOH KOH HBr Ca(OH) 2 HCl Sr(OH) 2 HNO 3 Ba(OH) 2

Άσκηση 4.3 Κατάταξη οξέων και βάσεων σε ισχυρά και ασθενή Χαρακτηρίστε καθεμιά από τις ακόλουθες ενώσεις ως ισχυρό ή ασθενές οξύ ή βάση: (α) Η 3 ΡΟ 4, (β) HClO, (γ) HClO 4, (δ) Sr(OH) 2 (α) Το φωσφορικό οξύ, Η 3 ΡΟ 4, δεν συμπεριλαμβάνεται στα ισχυρά οξέα του πίνακα Η 3 ΡΟ 4 ασθενές οξύ. (β) Το υποχλωριώδες οξύ, ΗClΟ, δεν συμπεριλαμβάνεται στα ισχυρά οξέα του πίνακα ΗClΟ ασθενέςοξύ. (γ) Το υπερχλωρικό οξύ, ΗClΟ 4, συμπεριλαμβάνεται στα ισχυρά οξέα του πίνακα ΗClΟ 4 ισχυρό οξύ. (δ) Το υδροξείδιο του στροντίου, Sr(OH) 2, συμπεριλαμβάνεται στις ισχυρές βάσεις του πίνακα Sr(OH) 2 ισχυρή βάση.

Αντιδράσεις εξουδετέρωσης Αντίδραση εξουδετέρωσης: αντίδραση οξέος και βάσης που καταλήγει σε μια ιοντική ένωση (άλας) και πιθανώς νερό 2ΗCl(aq) + Ca(OH) 2 (aq) CaCl 2 (aq) + 2H 2 O( ) (1) οξύ βάση άλας HNO 2 (aq) + ΚΟΗ(aq) ΚNO 2 (aq) + H 2 O( ) (2) οξύ βάση άλας Τελικέςιοντικέςεξισώσεις 2Η + (aq) + 2Cl (aq) + Ca 2+ (aq) + 2OH (aq) Ca 2+ (aq) + 2Cl (aq) + 2H 2 O( ) Η + (aq) + OH (aq) H 2 O( ) Μεταφορά Η + στο ιόν ΟΗ (1) ΗΝΟ 2 (aq) + ΟΗ (aq) ΝΟ 2 (aq) + Η 2 Ο( ) ««(2) H 2 SO 4 (aq) + 2NH 3 (aq) (NH 4 ) 2 SO 4 (aq) (εξαίρεση: όχι Η 2 Ο)

Άσκηση 4.4 ιατύπωση μιας εξίσωσης εξουδετέρωσης Γράψτε τη μοριακή εξίσωση και την τελική ιοντική εξίσωση για την εξουδετέρωση υδροκυανικού οξέος, HCN, από υδροξείδιο του λιθίου, LiOH, σε υδατικό διάλυμα. Άλας: απότοκατιόντηςβάσης(li + ) και το ανιόν του οξέος (CN ) τύπος του άλατος LiCN Για ισοστάθμιση Η 2 Οωςπροϊόν: LiOH(aq) + HCN(aq) LiCN(aq) + H 2 O( ) LiOH = ισχυρή βάση LiCN = ευδιάλυτη ιοντική ένωση ισχυροί ηλεκτρολύτες HCN = ασθενής ηλεκτρολύτης (δεν είναι ισχυρό οξύ) Li + = ιόν θεατής διαγραφή τελική ιοντική εξίσωση HCN(aq) + OH (aq) H 2 O( ) + CN (aq)

Μονοπρωτικά και πολυπρωτικά οξέα Μονοπρωτικά οξέα = τα οξέα που έχουν ένα μόνο όξινο άτομο υδρογόνου ανά μόριο Π.χ. ΗCl, ΗΝΟ 3, ΗClΟ 4 Πολυπρωτικά οξέα = τα οξέα που έχουν δύο ή περισσότερα όξινα άτομα υδρογόνου ανά μόριο Π.χ. H 2 SO 4, H 2 S, H 3 PO 4 Όξινα άλατα = τα άλατα που έχουν όξινα υδρογόνα και μπορούν να υποστούν εξουδετέρωση από βάσεις Π.χ. NaH 2 PO 4, Na 2 HPO 4

Άσκηση 4.5 Γράψτε μοριακές και τελικές ιοντικές εξισώσεις για τις διαδοχικές εξουδετερώσεις καθενός όξινου υδρογόνου του θειικού οξέος με υδροξείδιο του καλίου. 1ο στάδιοεξουδετέρωσης μοριακή εξίσωση: H 2 SO 4 (aq) + KOH(aq) KHSO 4 (aq) + H 2 O( ) Τελική ιοντική εξίσωση: H + (aq) + OH (aq) H 2 O( ) 2ο στάδιοεξουδετέρωσης μοριακή εξίσωση: KHSO 4 (aq) + KOH(aq) K 2 SO 4 (aq) + H 2 O( ) Τελική ιοντική εξίσωση: HSO 4 (aq) + OH (aq) SO 4 2 (aq) + H 2 O( )

Αντιδράσεις οξέων-βάσεων υπόσχηματισμόαερίου Na 2 CO 3 (aq) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H 2 O( ) + CO 2 (g) ανθρακικό άλας οξύ άλας αέριο ανθρακικό οξύ, Η 2 CΟ 3 Τελική ιοντική εξίσωση CΟ 3 2 (aq) + 2Η + (aq) H 2 O( ) + CO 2 (g) Αντίδραση ανθρακικού άλατος με οξύ Σόδα ζαχαροπλαστικής (υδρογονανθρακικό νάτριο, NaHCO 3 ) αντιδρά με οξικό οξύ που υπάρχει στο ξίδι και παράγει φυσαλίδες διοξειδίου του άνθρακα

Ενώσεις που παράγουν αέρια όταν υποστούν κατεργασία με οξέα Ιοντική ένωση Αέριο Παράδειγμα Ανθρακικό άλας (ιόντα CO 2 3 ) CO 2 Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + H 2 O + CO 2 Θειώδες άλας (ιόντα SO 2 3 ) SO 2 Na 2 SO 3 + 2HCl 2NaCl + H 2 O + SO 2 Σουλφίδιο άλας (ιόντα S 2 ) H 2 S Na 2 S + 2HCl 2NaCl + H 2 S

Άσκηση 4.6 ιατύπωση μιας εξίσωσης για αντίδραση που παράγει αέριο Γράψτε τη μοριακή εξίσωση και την τελική ιοντική εξίσωση για την αντίδραση ανθρακικού ασβεστίου με νιτρικό οξύ. Αντίδραση ανταλλαγής (τα προϊόντα της αντίδρασης είναι ευδιάλυτα). Το ανθρακικό οξύ διασπάται σε νερό και αέριο διοξείδιο του άνθρακα. μοριακή εξίσωση: CaCO 3 (s) + 2HNO 3 (aq) Ca(NO 3 ) 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O( ) τελική ιοντική εξίσωση: CaCO 3 (s) + 2H + (aq) Ca 2+ (aq) + CO 2 (g) + H 2 O( )

Αντιδράσεις οξείδωσης- αναγωγής Αντίδραση σιδήρου με Cu 2+ (aq) Ένα σιδερένιο καρφί και ένα διάλυμα θειικού χαλκού(ιι), χρώματος μπλε Ο Fe αντιδρά με Cu 2+ (aq) παρέχοντας Fe 2+ (aq) και Cu(s) Ο μεταλλικός χαλκός επιστρώνεται στο καρφί Μοριακή εξίσωση Ιοντική εξίσωση Fe(s) + CuSO 4 (aq) FeSO 4 (aq) + Cu(s) Fe(s) + Cu 2+ (aq) Fe 2+ (aq) + Cu(s)

Αριθμοί οξείδωσης (α.ο.) Τι ονομάζουμε αριθμό οξείδωσης (ή κατάσταση οξείδωσης) Καύση μεταλλικού ασβεστίου σε οξυγόνο Καύση μεταλλικού ασβεστίου σε χλώριο α.ο. 0 0 +2 2 2Ca(s) οξειδώνεται ανάγεται + O 2 (g) 2CaO(s) Αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής Ca(s) + Cl 2 (g) CaCl 2 (s)

Κανόνες αριθμού οξείδωσης Κανόνας Εφαρμόζεται σε ιατύπωση 1 Στοιχεία Οα.ο. ενός ατόμου σε στοιχειακή κατάσταση είναι μηδέν. 2 Μονατομικά ιόντα Οα.ο. ενός ατόμου σε μονατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος. 3 Οξυγόνο Οα.ο. του οξυγόνου είναι 2. (Εξαίρεση: υπεροξείδια (π.χ. Na 2 O 2 ) α.ο. = 1 4 Υδρογόνο Οα.ο. του υδρογόνου είναι +1. (Εξαίρεση: υδρίδια μετάλλων (π.χ. NaH) α.ο. = 1 5 Αλογόνα Οα.ο. του φθορίου είναι 1. 6 Ενώσεις και πολυατομικά ιόντα Cl, Br, I α.ο. = 1, +3, +5, +7 Άθροισμα α.ο. (α) σε ουδέτερη ένωση = 0 (β) σε πολυατομικό ιόν = φορτίο ιόντος

Απόδοση αριθμών οξείδωσης Βρείτε τους αριθμούς οξείδωσης των ατόμων σε καθένα από τα ακόλουθα: (α) διχρωμικό κάλιο, K 2 Cr 2 O 7, (β) υπερμαγγανικό ιόν, MnO 4 (α) K 2 Cr 2 O 7, Κανόνας 6 Άσκηση 4.7 2 (α.ο. του Κ) + 2 (α.ο τουcr) + 7 (α.ο. του Ο) = 0 α.ο. του Cr = x, Κανόνας 2 για το Κ και Κανόνας 3 για το Ο 2(+1) + 2x + 7( 2) = 0 2x = +12 x = +6 α.ο. του Cr = +6 (β) MnO 4, Κανόνας 6 (α.ο. του Mn) + 4 (α.ο. του O) = 1 α.ο. του Mn = x, Κανόνας 3 για το O x + 4( 2) = 1 x = +7 α.ο. του Mn = +7

Περιγραφή αντιδράσεων οξείδωσηςαναγωγής Ημιαντίδραση οξείδωσης: Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e Ημιαντίδραση αναγωγής: Cu 2+ (aq) + 2e Cu(s) Συνολικά: Fe(s) + Cu 2+ (aq) Fe 2+ (aq) + Cu(s) οξείδωση 0 +2 +2 0 Fe(s) + Cu 2+ (aq) Fe 2+ (aq) + Cu(s) αναγωγικό οξειδωτικό μέσο μέσο αναγωγή

Μερικέςκοινέςαντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής 1. Αντιδράσεις συνδυασμού, π.χ. 2Sb(s) + 3Cl 2 (g) 2SbCl 3 (s) 2. Αντιδράσεις διάσπασης, π.χ. 2HgO(s) 2Hg( ) + O 2 (g) 3. Αντιδράσεις (απλής) αντικατάστασης, π.χ. Cu(s) + 2AgNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 (aq) + 2Ag(s)

Μερικέςκοινέςαντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής Και άλλες αντιδράσεις (απλής) αντικατάστασης Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) 2K(s) + 2H + (aq) 2K + (aq) + H 2 (g)

Η σειρά δραστικότητας των συνηθέστερων μετάλλων Αντιδρούν με υδρατμούς Η 2 Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H 2 Cu Hg Ag Au Με Η 2 Ο Η 2 εν παράγουν Η 2 με οξέα Αντιδρούν με οξέα Η 2

Μερικέςκοινέςαντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής 4. Αντιδράσεις καύσης Καύση βουτανίου 2C 4 H 10 (g) + 13O 2 (g) 8CO 2 (g) + 10H 2 O(g) Καύση σιδηροβάμβακα 4Fe(s) + 3O 2 (g) 2Fe 3 O 4 (s)

Το σκούριασμα του σιδηροβάμβακα Η θερμοκρασία ανεβαίνει αισθητά, καθώς προχωρεί το σκούριασμα (οξείδωση) του σιδήρου, γεγονός που δείχνει ότι εκλύεται θερμότητα κατά την αντίδραση, όπως όταν ο σίδηρος καίγεται (βλ. προηγούμενο σχήμα). Παρατηρούμε την αύξηση της θερμοκρασίας στο θερμόμετρο που είναι τυλιγμένο με διαβρεγμένο σιδηροβάμβακα.

Ισοστάθμιση απλών εξισώσεων οξείδωσης-αναγωγής Zn(s) + Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + Ag(s) Η μέθοδος των ημιαντιδράσεων 0 +1 +2 0 (1) Zn(s) + Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + Ag(s) (2) Zn Zn 2+ (οξείδωση) Ag + Ag (αναγωγή) (3) Zn Zn 2+ + 2e (ημιαντίδραση οξείδωσης) Ag + + e Ag (ημιαντίδραση αναγωγής) (4) 1 (Zn Zn 2+ + 2e ) 2 (Ag + + e Ag) Zn + 2Ag + + 2e Zn 2+ + 2Ag + 2e Zn(s) + 2Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + 2Ag(s)

Άσκηση 4.8 Ισοστάθμιση απλών αντιδράσεων οξείδωσης- αναγωγής με τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων Χρησιμοποιήστε τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων για να ισοσταθμίστε την εξίσωση CuCl 2 (aq) + Al(s) Cu(s) + AlCl 3 (aq) CuCl 2 και AlCl 3 (aq) ευδιάλυτα (ιόντα Cl θεατές) Cu 2+ (aq) + Al(s) Cu(s) + Al 3+ (aq) Ημιαντιδράσεις: Al Al 3+ (οξείδωση) Cu 2+ Cu (αναγωγή) Ισοστάθμιση e: Al Al 3+ + 3e (ημιαντίδραση οξείδωσης) Cu 2+ + 2e Cu (ημιαντίδραση αναγωγής)

Άσκηση 4.8 Απάλειψη ηλεκτρονίων 2 (Al Al 3+ + 3e ) 3 (Cu 2+ + 2e Cu) 3Cu 2+ + 2Al + 6e 2Al 3+ + 3Cu + 6e Ισοστάθμιση εξίσωσης 3Cu 2+ + 2Al 2Al 3+ + 3Cu Τελική εξίσωση οξείδωσης αναγωγής 3CuCl 2 (aq) + 2Al(s) 2AlCl 3 (aq) + 3Cu(s)

Εργασίες με διαλύματα: Γραμμομοριακή συγκέντρωση ιαλυμένη ουσία ιαλύτης Συγκέντρωση ιάλυμα αραιό ή πυκνό Γραμμομοριακή συγκέντρωση ή molarity (Μ): Molarity ( M ) = moles διαλυμένης ουσίας λίτρα διαλύματος

Παρασκευή διαλύματος ορισμένης γραμμομοριακής συγκέντρωσης Παράδειγμα Πόσα γραμμάρια πενταϋδρικού θειικού χαλκού(ιι), CuSO 4 5H 2 O, πρέπει να ζυγίσουμε, προκειμένουναπαρασκευάσουμε250 ml διαλύματος CuSO 4 5H 2 O συγκέντρωσης 0,200 Μ; Συγκέντρωση 0,200 Μ σημαίνει 0,200 mol ουσίας σε 1 L ή 1000 ml διαλύματος. Άρα, για 250 ml διαλύματος, θα χρειασθούμε (0,200 mol 250 ml) / 1000 ml = 0,0500 mol CuSO 4 5H 2 O Επειδή 1 mol CuSO 4 5H 2 O ζυγίζει 249,686 g, τα 0,0500 mol ζυγίζουν 249,686 g/mol 0,0500 mol = 12,48 g CuSO 4 5H 2 O

Τρόπος παρασκευής διαλύματος CuSO 4 συγκέντρωσης 0,200 M χαραγή Ζυγίζουμε 12,48 g CuSO 4 5H 2 O (0,0500 mol) πάνω στο δίσκο του εργαστηριακού ζυγού Μεταφέρουμε προσεκτικά τον πενταϋδρικό θειικό χαλκό(ιι) σε ογκομετρική φιάλη των 250 ml Προσθέτουμε νερό μέχρις ότου η στάθμη του διαλύματος φθάσει στη χαραγή της ογκομετρικής φιάλης

Άσκηση 4.9 Υπολογισμός της molarity από μάζα και όγκο είγμα χλωριδίου του νατρίου, NaCl, μάζας 0,0678 g τοποθετείται σε ογκομετρική φιάλη των 25,0 ml. Προστίθεται νερό για να διαλυθεί το NaCl και μετά η φιάλη συμπληρώνεται με νερό μέχρι τη χαραγή και ανακινείται προσεκτικά για πλήρη ομογενοποίηση του μίγματος. Ποια είναι η molarity του διαλύματος που προκύπτει; (α) 1 mol NaCl = 58,44 g. (β) Μετατρέπουμε τη μάζα του NaCl σε moles NaCl (γ) ιαιρούμε τα moles του NaCl με τον όγκο (0,0250 L) 1 mol NaCl 58,44 g NaCl 3 0,0678 g NaCl 1,160 10 mol NaCl 3 1,160 10 mol NaCl Molarity= 0,04641 M = 0,0464 0,0250 L διαλύματος M

Άσκηση 4.11 Χρήση της molarity ως συντελεστή μετατροπής Πόσα moles χλωριδίου του νατρίου πρέπει να προστεθούν σε ογκομετρική φιάλη των 50,0 ml, για να δώσουν διάλυμα NaCl 0,15 Μ, όταν η φιάλη συμπληρωθεί με νερό μέχρι τη χαραγή; Πόσα γραμμάρια NaCl είναι αυτή η ποσότητα; Molarity = 0,15 Μ Ποσότητα NaCl σε 50,0 ml διαλύματος: 1 L 0,15 mol NaCl 50,0 ml =0,00750 mol NaCl 1000 ml 1 L διαλύματος Μετατρέπουμε αυτή την ποσότητα σε g χρησιμοποιώντας τη γραμμομοριακή μάζα του NaCl (58,44 g/mol). 58,44 g NaCl 0,00750 mol NaCl 0,438 g NaCl = 0,44 g NaCl 1 mol NaCl

Αραίωση διαλυμάτων Molarity ( M ) = moles διαλυμένης ουσίας λίτρα διαλύματος moles διαλυμένης ουσίας = molarity λίτρα διαλύματος Κατά την αραίωση ενός διαλύματος, αλλάζει ο όγκος και η molarity, όμως τα moles τηςδιαλυμένηςουσίαςπαραμένουν τα ίδια!!! Πριν την αραίωση: moles διαλυμένης ουσίας = M i V i Μετά την αραίωση: moles διαλυμένης ουσίας = M f V f M i V i = M f V f Τύπος της αραίωσης

Αραίωση διαλύματος Άσκηση 4.12 Έχετε ένα διάλυμα H 2 SO 4 (θειικό οξύ) 1,5 Μ. Πόσα ml απόαυτότοδιάλυμαχρειάζεστε, προκειμένου να παρασκευάσετε 100,0 ml διαλύματος H 2 SO 4 0,18 Μ; M i V i = M f V f π. Η 2 SΟ 4 Μ i = 1,5 Μ, M f = 0,18 Μ, V f = 100,0 ml V i M f Vf 0,18 M 100 ml M 1,5 M i = 12,0 ml = 12 ml Έχουμε προσθέσει ορισμένο όγκο πυκνού Η 2 SΟ 4 στην ογκομετρική φιάλη. Η εικόνα δείχνει την προσθήκη νερού μέσω υδροβολέα για να φθάσει ο όγκος του διαλύματος μέχρι τη χαραγή της φιάλης.

Ποσοτική ανάλυση Αναλυτική Χημεία: προσδιορισμός της σύστασης των υλικών) (1) Ποιοτική ανάλυση: ταυτοποίηση ουσιών ή χημικών ειδών που υπάρχουν σε ένα υλικό (2) Ποσοτική ανάλυση: προσδιορισμός της ποσότητας μιας ουσίας ή κάποιων χημικών ειδών που υπάρχουν σε ένα υλικό Σταθμική ανάλυση: ο προσδιορισμός της ποσότητας μιας οντότητας γίνεται μετά από μετατροπή της οντότητας σε προϊόν που μπορεί να απομονωθεί πλήρως και να ζυγιστεί. Ογκομετρική ανάλυση: ο προσδιορισμός της ποσότητας μιας οντότητας γίνεται με ακριβή μέτρηση όγκων διαλυμάτων (ογκομέτρηση).

Σταθμική ανάλυση Σταθμική ανάλυση ιόντων Ba 2+ Ba 2+ (aq) + CrO 4 2 (aq) BaCrO 4 (s) ιάλυμαχρωμικούκαλίου(κίτρινο) χύνεται απότονογκομετρικόκύλινδρομετηβοήθεια ράβδου ανάδευσης μέσα σε διάλυμα που περιέχει μια άγνωστη ποσότητα ιόντων βαρίου, Ba 2+. Το κίτρινο κατακρήμνισμα που σχηματίζεται είναι χρωμικό βάριο, BaCrO 4. Το διάλυμα διηθείται, διερχόμενο μέσα από πορώδη γυάλινο ηθμό. Μετά ο γυάλινος ηθμός θερμαίνεται για να ξηραθεί το χρωμικό βάριο. Ζυγίζονταςτονηθμόπρινκαιμετάτη διεργασία, μπορούμε να προσδιορίσουμε τη μάζα του ιζήματος.

Άσκηση 4.13 Σταθμική ανάλυση Προσδιορισμός της ποσότητας μιας χημικής οντότητας με σταθμική ανάλυση Σας δίνεται ένα δείγμα ασβεστολίθου, ο οποίος είναι κυρίως CaCO 3, για να προσδιορίσετε την εκατοστιαία περιεκτικότητα του πετρώματος σε ασβέστιο. ιαλύετε τον ασβεστόλιθο σε υδροχλωρικό οξύ, οπότε λαμβάνετε ένα διάλυμα χλωριδίου του ασβεστίου. Μετά, καταβυθίζετε τα ιόντα ασβεστίου του διαλύματος, προσθέτοντας οξαλικό νάτριο, Na 2 C 2 O 4. Το ίζημα που σχηματίζεται είναι οξαλικό ασβέστιο, CaC 2 O 4. Βρήκατε ότι το ασβεστολιθικό δείγμα που ζύγιζε 128,3 mg έδωσε 140,2 mg CaC 2 O 4. Πόσο τοις εκατό ασβέστιο περιέχει ο ασβεστόλιθος;

Άσκηση 4.13 Αντιδράσεις που οδηγούν σε CaC 2 O 4 (1 mol = 128,10 g) CaCO 3 (s) + 2HCl(aq) CaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O( ) CaCl 2 (aq) + Na 2 C 2 O 4 (aq) CaC 2 O 4 (s) + 2NaCl(aq) Αναλογία CaCO 3 /CaC 2 O 4 = 1:1 1 μονάδα CaCO 3 περιέχει ένα άτομο Ca συντελεστής μετατροπής 1 mol Ca / 1 mol CaCO 3 μάζα του Ca: 1 mol CaC O 1 mol Ca 40,08 g Ca 2 4 0,1402 g CaC2O4 128,10 g CaC 2 O 4 1 mol CaC 2 O 4 1 mol Ca = 0,043866 g Ca Περιεκτικότητα ασβεστολίθου (128,3 mg = 0,1283 g) σε Ca: 0,043866 g Ca 100% 34,190% 34,19% 0,1283 g ασβεστολίθου

Άσκηση 4.14 Ογκομετρική ανάλυση Πώς υπολογίζουμε τους όγκους διαλυμάτων που εμπλέκονται σε μια δεδομένη αντίδραση. Θειικό νικέλιο, NiSO 4, αντιδρά με φωσφορικό νάτριο, Na 3 PO 4, παρέχοντας ένα ωχρό κιτρινοπράσινο ίζημα φωσφορικού νικελίου, Ni 3 (PO 4 ) 2, και διάλυμα θειικού νατρίου, Na 2 SO 4. 3NiSO 4 (aq) + 2 Na 3 PO 4 (aq) Ni 3 (PO 4 ) 2 (s) + 3Na 2 SO 4 (aq) Πόσα ml NiSO 4 0,375 M θα αντιδράσουν με 45,7 ml Na 3 PO 4 0,265 M;

Άσκηση 4.14 Μετατρέπουμε τον όγκο του διαλύματος Na 3 PO 4 σε moles χρησιμοποιώντας τη molarity του Na 3 PO 4. (45,7 ml = 0,0457 L) 0,265 mol Na PO 0,0457 L Na PO 0,01211 mol Na PO 1 L 3 4 3 4 3 4 Τώρα υπολογίζουμε τον όγκο του NiSO 4 που θα αντιδράσει με αυτή την ποσότητα του Na 3 PO 4. 3 mol NiSO 1 L NiSO 4 4 0,1211 mol Na3PO4 2 mol Na 3 PO 4 0,375 mol NiSO 4 = 0,04844 L (48,4 ml)

Ογκομέτρηση - Ογκομετρική ανάλυση Ογκομέτρηση: η διαδικασία προσδιορισμού της ποσότητας μιας ουσίας Α, κατά την οποία προσθέτουμε έναν επιμελώς μετρούμενο όγκο διαλύματος γνωστής συγκέντρωσης της ουσίας Β, μέχρις ότου η αντίδραση των Α και Β συμπληρωθεί ακριβώς. Ογκομέτρηση μιας άγνωστης ποσότητας ΗCl (ουσία Α) με πρότυπο διάλυμα NaOH (ουσία Β) Η κωνική φιάλη περιέχει HCl και μερικές σταγόνες δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Η προχοΐδα περιέχει διάλυμα NaOH γνωστής συγκέντρωσης.

Ογκομέτρηση - Ογκομετρική ανάλυση Στο διάλυμα της φιάλης έχει προστεθεί ακριβώς τόσο NaOH, ώστε το διάλυμα απόκτησε ένα μόνιμο, ελαφρά ρόδινο χρώμα, ενδεικτικό του τελικού σημείου της αντίδρασης. Η ποσότητα του HCl μπορεί να προσδιορισθεί από τον όγκο του διαλύματος NaOH που καταναλώθηκε. Ηπροσθήκη επιπλέον σταγόνων διαλύματος NaOH, πέραν του τελικού σημείου, δίνει ένα βαθύ ρόδινο χρώμα.

Άσκηση 4.15 Ογκομετρική ανάλυση Υπολογισμόςτηςποσότηταςμιαςουσίαςσεογκομετρούμενο διάλυμα Έναδείγμαξιδιούμάζας5,00 g ογκομετρείται με NaOH 0,108 Μ. Αν το ξίδι χρειάζεται 39,1 ml διαλύματος NaOH για πλήρη αντίδραση, πόση είναι εκατοστιαία περιεκτικότητα του ξιδιού σε οξικό οξύ, HC 2 H 3 O 2 ; Η αντίδραση είναι HC 2 H 3 O 2 (aq) + NaOH(aq) NaC 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O( )

Άσκηση 4.15 (1) Μετατρέπουμε τον όγκο του διαλύματος NaOH (0,0391 L) σε moles NaOH (από τη molarity NaOH). (2) Μετατρέπουμε τα moles NaOH σε moles HC 2 H 3 O 2 (από τη χημική εξίσωση). (3) Μετατρέπουμε τα moles HC 2 H 3 O 2 (γραμμομοριακή μάζα 60,05 g/mol) σε γραμμάρια HC 2 H 3 O 2. 0,0391 L NaOH 0,108 mol NaOH 1 mol HC H O 1 L 1 mol NaOH 2 3 2 60,05 g HC2H3O2 0,25358 g 1 mol HC H O 2 3 2 Η εκατοστιαία περιεκτικότητα του ξιδιού σε οξικό οξύ είναι 0,25358 g HC H O 2 3 2 100% 5,071% 5,07% 5,00 g ξιδιού