Χημεια γ 1

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

1η Ενότητα Οξειδοαναγωγή

-7-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

-8-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Αριθμός οξείδωσης Οι ανόργανες ενώσεις έχουν τη μορφή ΘyAx. Με το γράμμα Θ συμβολίζεται το ηλεκτροθετικό τμήμα τους και με το γράμμα Α το ηλεκτραρνητικό τμήμα τους. Στις ιοντικές ενώσεις το x είναι το φορτίο του κατιόντος Θx+ και y είναι το φορτίο του ανιόντος Ay–. Στις ομοιοπολικές ενώσεις δεν υπάρχουν ιόντα και για να λυθεί το πρόβλημα της γραφής του μοριακού τύπου επινοήθηκε η έννοια αριθμός οξείδωσης. Πως ορίζεται ο αριθμός οξείδωσης; Στις ιοντικές ενώσεις ταυτίζεται με το πραγματικό φορτίο που έχει κάθε ιόν. Για παράδειγμα η ιοντική ένωση MgCl2 αποτελείται από τα ιόντα Mg2+ και τα ιόντα Cl– με αναλογία 1:2. Το μαγνήσιο έχει αριθμό οξείδωσης +2 και το χλώριο -1. Στις ομοιοπολικές ενώσεις κάθε κοινό ζεύγος (κάθε ομοιοπολικού δεσμού) μεταξύ διαφορετικών στοιχείων αποδίδεται στο πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Έτσι κάθε άτομο αποκτά ένα φαινομενικό φορτίο που αποτελεί τον αριθμό οξείδωσής του. ..

Για παράδειγμα στο μόριο του νερού H − O − H υπάρχουν δύο κοινά ζεύγη ..

ηλεκτρονίων μεταξύ Η και Ο. Αποδίδουμε τα ηλεκτρόνια κάθε κοινού ζεύγους στο άτομο του οξυγόνου και τα άτομα αποκτούν φαινομενικό φορτίο. Το οξυγόνο αποκτά -2 άρα έχει Α.Ο. = -2 ενώ κάθε άτομο υδρογόνου αποκτά +1 άρα έχει Α.Ο. = +1.

2

1

Για παράδειγμα στο μόριο της αιθανόλης C H3 − C H2 − OH με ηλεκτρονιακό

H H

.. .. ..

τύπο H: C : C : O : H το κοινό ζεύγος μεταξύ των ατόμων C ανήκει εξίσου .. .. ..

H H

και στα δύο άτομα, το κοινό ζεύγος κάθε δεσμού C-H αποδίδεται στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο C, το κοινό ζεύγος του δεσμού C-O αποδίδεται στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο Ο, και το κοινό ζεύγος του δεσμού O-Η αποδίδεται στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο Ο. Τελικά: 1

Το άτομο C φαίνεται ότι προσλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια από τα Η και αποβάλλει ένα ηλεκτρόνιο προς το Ο. Έτσι αποκτά φαινομενικό φορτίο −1, οπότε έχει Α.Ο. = -1.

-9-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου 2

Το άτομο C φαίνεται ότι προσλαμβάνει τρία ηλεκτρόνια από τα Η και αποκτά φαινομενικό φορτίο −3, οπότε έχει Α.Ο. = -3. Κάθε άτομο Η φαίνεται ότι αποβάλλει ένα ηλεκτρόνιο και αποκτά φαινομενικό φορτίο +1, οπότε έχει Α.Ο. = +1. Το άτομο Ο φαίνεται ότι προσλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια και αποκτά φαινομενικό φορτίο -2, οπότε έχει Α.Ο. = -2. Παρατηρήσεις: H ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου είναι η τάση με την οποία το άτομο έλκει ηλεκτρόνια στα μόρια των ενώσεών του με άλλα άτομα. Η ηλεκτραρνητικότητα εξαρτάται από τη θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Σε γενικές γραμμές (με εξαιρέσεις) αυξάνεται σε μία περίοδο από αριστερά προς τα δεξιά μέσα και στην ίδια ομάδα από κάτω προς τα πάνω. Ο αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια χημική ένωση ή σε ένα ιόν βρίσκεται εύκολα με χρήση των πρακτικών κανόνων που ακολουθούν. Τα ελεύθερα χημικά στοιχεία έχουν αριθμό οξείδωσης μηδέν, π.χ. CI2, Na, Κ έχουν Α.Ο. = 0 Τα μονοατομικά ιόντα έχουν αριθμό οξείδωσης ίσο με το φορτίο τους, π.χ. στα ιόντα Ca2+, S2- το ασβέστιο έχει Α.Ο = +2 και το θείο έχει Α.Ο. = -2. Το φθόριο σε όλες τις ενώσεις έχει Α.Ο. = -1 Τα υπόλοιπα αλογόνα CI, Br, I στις ενώσεις τους με μέταλλα έχουν Α.Ο. = -1 ενώ στις υπόλοιπες ενώσεις εμφανίζουν και θετικούς αριθμούς οξείδωσης +1,+3,+5,+7. Το υδρογόνο στις ενώσεις του με αμέταλλα έχει Α.Ο. = +1 και στις ενώσεις του με μέταλλα (υδρίδια της μορφής ΜΗx) έχει Α.Ο. = -1. Το οξυγόνο έχει Α.Ο. = -2 με εξαίρεση τη χημική ένωση OF2 που έχει Α.Ο. = +2 και τα υπεροξείδια π.χ. Η2Ο2 που έχει Α.Ο. = -1. Το θείο στις ενώσεις του με μέταλλα έχει Α.Ο. = -2. Στις υπόλοιπες ενώσεις του εμφανίζει και θετικούς αριθμούς οξείδωσης +4, +6. Το άζωτο στις ενώσεις του με μέταλλα έχει Α.Ο. = -3. Στις υπόλοιπες ενώσεις του εμφανίζει και θετικούς αριθμούς οξείδωσης +1 έως +7. Ο φώσφορος στις ενώσεις του με μέταλλα έχει Α.Ο. = -3. Στις υπόλοιπες ενώσεις του εμφανίζει και θετικούς αριθμούς οξείδωσης +3, +5. Ο άνθρακας εμφανίζεται με διάφορους αριθμούς οξείδωσης. Τα μέταλλα έχουν θετικούς αριθμούς οξείδωσης. Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι πιο συνηθισμένοι Α.Ο. των μετάλλων.

-10-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή Μέταλλα Li, Κ, Na, Ag

+1

Ca, Ba, Mg, Zn

+2

Al

+3

Cu, Hg

+1, +2

Fe

+2, +3

Cr

+3, +6

Mn

+2, +4, +7

Σε κάθε πολυατομικό ιόν το αλγεβρικό άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος. π.χ. στο νιτρικό ιόν ΝΟ3– το άζωτο έχει αριθμό οξείδωσης x και το οξυγόνο −2. Σχηματίζουμε την εξίσωση: x + 3(−2) =−1 ⇒ x = 5 Σε κάθε χημική ένωση το αλγεβρικό άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων είναι μηδέν. π.χ. στο θειικό οξύ (Η2SO4) το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης +1, το οξυγόνο −2 και το θείο x. Σχηματίζουμε την εξίσωση: 2(+1)+x+4(−2) = 0 ⇒ x = 6 Στην αιθανόλη C2H6O κάθε άτομο άνθρακα έχει x, κάθε άτομο Η έχει +1 και το οξυγόνο -2. Επομένως 2x + 6 - 2 = 0 ⇒ x = -2 (αποτελεί μέσο όρο των αριθμών οξείδωσης των ατόμων άνθρακα, διότι κάθε άτομο άνθρακα έχει διαφορετικό αριθμό οξείδωσης - βλέπε σελίδα 8). Ο πίνακας που ακολουθεί υπενθυμίζει τα συνηθέστερα πολυατομικά ιόντα. Πολυατομικά ιόντα ΝΟ3− νιτρικό CℓO3− χλωρικό

ΝΟ2− νιτρώδες CℓO2− χλωριώδες

SO42– Θειϊκό CO32– ανθρακικό PO43– φωσφορικό AlO33– αργιλικό ΟΗ− υδροξείδιο

SO32– θειώδες

CℓO− υποχλωριώδες

CℓO4− υπερχλωρικό MnO4− υπερμαγγανικό

PO33– φωσφορώδες

CΝ− κυάνιο -11-

ΝΗ4+ αμμώνιο

Cr2O72– διχρωμικό

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου

Οξείδωση - Αναγωγή Πριν γίνει γνωστή η ηλεκτρονική δομή των ατόμων, ονομάστηκε: “οξείδωση η πρόσληψη οξυγόνου και η αποβολή υδρογόνου” “αναγωγή η πρόσληψη υδρογόνου και η αποβολή οξυγόνου”. π.χ. στην αντίδραση: 2 Cu + O2 → 2 CuO, ο χαλκός οξειδώνεται διότι προσλαμβάνει οξυγόνο στην αντίδραση: FeO + H2 → Fe + Η2Ο το FeΟ ανάγεται διότι αποβάλλει οξυγόνο στην αντίδραση: CH3CH2OH + |O| → CH3CH=O + H2O, η αιθανόλη οξειδώνεται διότι αποβάλλει υδρογόνο στην αντίδραση: CH2=CH2 + Η2 → CH3CH3 το αιθένιο ανάγεται διότι προσλαμβάνει υδρογόνο Όταν έγινε γνωστή η ηλεκτρονιακή δομή, ονομάστηκε: “οξείδωση η αποβολή ηλεκτρονίων από ένα στοιχείο” “αναγωγή η πρόσληψη ηλεκτρονίων από ένα στοιχείο”. Στο παράδειγμα 2 Cu + O2 → 2 CuO, ο χαλκός αποβάλλει δύο ηλεκτρόνια και μετατρέπεται σε ιόν Cu2+, το οξυγόνο προσλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια και μετατρέπεται σε ανιόν Ο2–, και σχηματίζεται τελικά η ιοντική ένωση Cu2+O2–. Επομένως ο χαλκός οξειδώνεται και το οξυγόνο ανάγεται. Η οξείδωση του χαλκού μπορεί να παρασταθεί με την ημιαντίδραση: Cu - 2e → Cu2+ Η αναγωγή του οξυγόνου μπορεί να παρασταθεί με την ημιαντίδραση: Ο2− + 2e → O Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής μεταξύ ομοιοπολικών ενώσεων δεν μεταφέρονται ηλεκτρόνια. Σήμερα για την ερμηνεία τέτοιων αντιδράσεων χρησιμοποιείται η έννοια αριθμός οξείδωσης και ονομάστηκε: “οξείδωση η αλγεβρική αύξηση του αριθμού οξείδωσης” ενός στοιχείου “αναγωγή η αλγεβρική μείωση του αριθμού οξείδωσης” ενός στοιχείου. Στο παράδειγμα 2 Cu + O2 → 2 CuO ο αριθμός οξείδωσης του χαλκού αυξάνεται από 0 σε +2 και του οξυγόνου μειώνεται από 0 σε -2.

-12-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Οξειδωτικά - Αναγωγικά “Οξειδωτικό λέγεται η χημική ουσία που μπορεί να προκαλέσει οξείδωση”. Τα οξειδωτικά είναι μόρια ή ιόντα τα οποία περιέχουν άτομα ενός στοιχείου που μπορεί να αναχθεί. Επομένως τα οξειδωτικά σώματα ανάγονται. Συνήθως τα οξειδωτικά περιέχουν άτομα ενός στοιχείου που έχει τον μεγαλύτερο ή έναν από τους μεγαλύτερους αριθμούς οξείδωσής του. “Αναγωγικό λέγεται η χημική ουσία που μπορεί να προκαλέσει αναγωγή”. Τα αναγωγικά είναι μόρια ή ιόντα που περιέχουν άτομα ενός στοιχείου που μπορεί να οξειδωθεί. Επομένως τα αναγωγικά σώματα οξειδώνονται. Συνήθως τα αναγωγικά σώματα περιέχουν άτομα ενός στοιχείου με τον μικρότερο ή έναν από τους μικρότερους αριθμούς οξείδωσής του. Στην αντίδραση: 2 Cu + O2 → 2 CuO ο Cu οξειδώνεται (από 0 σε +2) άρα είναι αναγωγικό, το Ο2 ανάγεται (από 0 σε -2) άρα είναι οξειδωτικό. Ο πίνακας που ακολουθεί δείχνει ορισμένα οξειδωτικά και τα προϊόντα τους στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (δεν απαιτείται η απομνημόνευση των προϊόντων). Ο2 → Ο2– συνήθως νερό ή οξείδιο Χ2 → συνήθως ΗΧ ή άλας Ο3 → συνήθως νερό + O2

Οξυγόνο Στοιχεία

Οξέα

Οξείδια

Άλατα

Αλογόνα Oζον αραιό νιτρικό οξύ

HNO3 → NO

πυκνό νιτρικό οξύ

HNO3 → NO2

πυκνό θερμό θειϊκό οξύ

H2SO4 → SO2

MnO2 σε όξινο περιβάλλον SO2

ΜnΟ2 → άλας του Μn2+ SΟ2 → Sο

Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Η2Ο2 → συνήθως Η2Ο ή οξείδιο

Υπερμαγγανικό κάλιο (σε όξινο περιβάλλον) Διχρωμικό κάλιο (σε όξινο περιβάλλον)

KMnO4 → άλατα του Κ+, Mn2+ K2Cr2O7 → άλατα του Κ+, Cr3+

Άλας μετάλλου με τον ανώτερο Α.Ο. Σχηματίζεται άλας του μετάλλου με τον κατώτερο Α.Ο. π.χ. FeCℓ3, SnCℓ4 .... Τα μέταλλα όταν υπάρχει όξινο περιβάλλον σχηματίζουν άλατα του οξέος που δημιουργεί το περιβάλλον (για παράδειγμα όταν υπάρχει θειικό οξύ -13-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου σχηματίζουν θειικά άλατα), ενώ όταν δεν υπάρχει όξινο περιβάλλον μετατρέπονται σε οξείδια. Το KMnO4 είναι ισχυρό οξειδωτικό. Αντιδρά πάντα παρουσία ισχυρού οξέος π.χ. του H2SO4 οπότε σχηματίζονται K2SO4 και MnSO4. Όταν χρησιμοποιείται HCl σχηματίζονται KCl και MnCl2. Το K2Cr2O7 είναι ισχυρό οξειδωτικό. Αντιδρά πάντα παρουσία ισχυρού οξέος π.χ. του H2SO4 οπότε σχηματίζονται K2SO4 και Cr2(SO4)3. Όταν χρησιμοποιείται HCl σχηματίζονται KCl και CrCl3.

Ο πίνακας που ακολουθεί δείχνει ορισμένα αναγωγικά και τα προϊόντα τους στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (δεν απαιτείται η απομνημόνευση των προϊόντων). Ηλεκτροθετικά μέταλλα

Στοιχεία

Aμέταλλα όπως: Η2, C, S, I2, P

Μ° → άλατα Mx+ H2 → συνήθως Η2Ο I2 → ΗΙΟ3 C → CO

2 P → Η3ΡΟ4 S → SO2

διοξείδιο του θείου

SO2 → Η2SO4 ή θειϊκό άλας

Οξείδιο μετάλλου με τον κατώτερο Α.Ο. π.χ. FeO, Cu2O

Οξείδιο ή άλας του μετάλλου με τον ανώτερο Α.Ο.

Μονοξείδιο του άνθρακα

CO → CO2

υπεροξείδιο του υδρογόνου

Η2Ο2 → O2

Οξέα

υδραλογόνα HCℓ, HΒr, HI υδρόθειο -ώδες οξύ

ΗΧ → X2 Η2S → S -ικό οξύ ή άλας

Βάσεις

αμμωνία

ΝΗ3 → Ν2

Άλατα

ΝαΧ, ΚΧ με Χ=Cℓ, Br, I Na2S, K2S -ώδη άλατα άλας μετάλλου με τον κατώτερο Α.Ο. π.χ. FeCℓ2, SnCℓ2 παρουσία του οξέος που έχει κοινό ιόν με το άλας π.χ. HCℓ

NaΧ → X2 Na2S → S -ικά άλατα

Οξείδια

-14-

άλας του μετάλλου με τον ανώτερο Α.Ο. π.χ. FeCl3, SnCl4

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Υπολογισμός συντελεστών Σε κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής ισχύει: Το γινόμενο των ατόμων του στοιχείου που οξειδώνεται επί την αύξηση του Α.Ο. κάθε ατόμου = με το γινόμενο των ατόμων του στοιχείου που ανάγεται επί τη μείωση του Α.Ο. κάθε ατόμου. Ακολουθούν τρία παραδείγματα οξειδοαναγωγής στα οποία πρέπει να απομνημονευτούν τα προϊόντα της αντίδρασης π.χ.(1)

CO + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + K2SO4 + MnSO4

Οξειδώνεται το άτομο C, το οποίο έχει Α.Ο. +2 στο CO και +4 στο CO2, οπότε αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσής του κατά 2 μονάδες. Ανάγεται το άτομο Mn, το οποίο έχει Α.Ο. +7 στο KMnO4 και +2 στο MnSO4, οπότε μειώνεται ο αριθμός οξείδωσής του από +7 σε +2 κατά 5 μονάδες. Η μεταβολή του Α.Ο. κάθε ατόμου C (2 μονάδες) δείχνει ότι χρειάζονται 2 άτομα Mn, και η μεταβολή του Α.Ο. κάθε ατόμου Mn (5 μονάδες) δείχνει ότι χρειάζονται 5 άτομα C. Στο παράδειγμα: 5 CO + 2 KMnO4 + H2SO4 → 5 CO2 + K2SO4 + 2 MnSO4 Ισοσταθμίζουμε τα άτομα των υπόλοιπων στοιχείων.

5 CO + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 5 CO2 + K2SO4 + 2 MnSO4 Αν δεν έχουν ισοσταθμιστεί τα άτομα Η και του Ο προσθέτουμε όσα μόρια νερού χρειαζόμαστε στα αντιδρώντα ή τα προϊόντα.

5 CO + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 5 CO2 + K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 Η2Ο π.χ.(2)

FeCl2 + K2Cr2O7 + HCl → FeCl3 + KCl + CrCl3

Ο FeCl2 οξειδώνεται σε FeCl3, αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσης του Fe από +2 σε +3 κατά 1 μονάδα. Το K2Cr2O7 ανάγεται σε CrCl3, μειώνεται ο αριθμός οξείδωσης του Cr από +6 σε +3 κατά 3 μονάδες. Χρειάζονται 1 άτομα Cr και 3 άτομα Fe. Όμως το K2Cr2O7 έχει 2 άτομα Cr σε κάθε μόριό του και διπλασιάζουμε τα άτομα του Fe. 6 FeCl2 + K2Cr2O7 + HCl → 6 FeCl3 + 2 KCl + 2 CrCl3 Ισοσταθμίζουμε τα άτομα Cl 6 FeCl2 + K2Cr2O7 + 14 HCl → 6 FeCl3 + 2 KCl + 2 CrCl3 Ισοσταθμίζουμε τα άτομα H και Ο συμπληρώνοντας μόρια νερού.

6 FeCl2 + K2Cr2O7 + 14 HCl → 6 FeCl3 + 2 KCl + 2 CrCl3 + 7 Η2Ο

-15-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου π.χ.(3)

ΝΗ3 + CuO → N2 + Cu

Η αμμωνία NH3 οξειδώνεται σε N2, αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσης του N από -3 σε 0 κατά 3 μονάδες. Το CuO ανάγεται σε Cu, μειώνεται ο αριθμός οξείδωσης του Cu από +2 σε 0 κατά 2 μονάδες. Χρειάζονται 2 άτομα N και 3 άτομα Cu. 2 ΝΗ3 + 3 CuO → N2 + 3 Cu Ισοσταθμίζουμε τα άτομα H και Ο συμπληρώνοντας μόρια νερού.

2 ΝΗ3 + 3 CuO → N2 + 3 Cu + 3 H2O Παρατηρήσεις Οι πρωτοταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε αλδεΰδες και αυτές στη συνέχεια σε καρβοξυλικά οξέα. Όταν όμως χρησιμοποιούμε ως οξειδωτικό όξινο διάλυμα KMnO4 οξειδώνονται κατευθείαν σε οξέα. Οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε κετόνες. Το HCOOH, το (CΟΟΗ)2 και τα άλατά τους οξειδώνονται σε CO2. Γενικά στις παραπάνω οργανικές ενώσεις μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα της χαρακτηριστικής ομάδας κατά 1 μονάδα για κάθε άτομο υδρογόνου ή αλκαλίου που απομακρύνεται και κατά 2 μονάδες για κάθε άτομο οξυγόνου που προσλαμβάνεται. Όταν οξειδώνεται η αιθανόλη (CH3CH2OH) σε αιθανάλη (CH3CH=O) απομακρύνονται 2 άτομα υδρογόνου, άρα αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα κατά 2 μονάδες. Αναλυτικά η οξείδωση των οργανικών ενώσεων διδάσκεται στην 6η ενότητα. Στις υπόλοιπες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής θα δίνονται τα προϊόντα Οι μεταβολές των αριθμών οξείδωσης πρέπει να απλοποιούνται πριν τοποθετηθούν ως συντελεστές (όπου είναι δυνατό). αναγωγή κατά 2

/ \

C + H2SO4 → CO2 + SO2 \ /

οξείδωση κατά 4

Απλοποιούμε τις μεταβολές με το 2 και βάζουμε συντελεστές στο CO2 και στο SΟ2:

C + H2SO4 → CO2 + 2 SO2

Iσοστάθμιση:

C + 2 H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O

-16-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Ασκήσεις Από το σχολικό βιβλίο: 1ο παράδειγμα και η αντίστοιχη εφαρμογή. Ερωτήσεις - ασκήσεις: 1,2,3,4,5,13,14,16,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,31

39,42,43,56 (στις οποίες θα δίνονται οι αντιδράσεις) 1.

Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του θείου στις παρακάτω ουσίες: H2SO4, S8, SO32– Λύση H2SO4 SO32–

2.

2+x+4(-2)=0 ⇒ x=+6 x+3(-2)=-2 ⇒ x=+4

S8

x=0

Η αντίδραση C + O2 → CO2 εκφράζει την οξείδωση του άνθρακα σύμφωνα: α. με όλες τις απόψεις περί οξείδωσης. β. με τη σύγχρονη άποψη. γ. με την άποψη της μεταφοράς ηλεκτρονίων. δ. με την αρχική άποψη και με τη σύγχρονη άποψη. Λύση δ.

3.

Στην αντίδραση συμμετέχουν μόρια, δεν συμμετέχουν ιόντα, επομένως δεν γίνεται μεταφορά ηλεκτρονίων. Αρχική άποψη (πρόσληψη οξυγόνου), σύγχρονη άποψη (αύξηση του αριθμού οξείδωσης από 0 σε +4).

Ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις δεν είναι οξειδοαναγωγική; α.

2 Na + Cl2 → 2 NaCl

β.

Br2 + 2 NaI → 2 NaBr + I2 γ.

Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2 δ.

NaOH + HCl → NaCl + H2O Λύση δ (είναι εξουδετέρωση)

4.

Οι σημαντικότεροι αριθμοί οξείδωσης του αζώτου είναι –3, 0, +1, +3, +5. Με αυτό το δεδομένο να εξηγήσετε γιατί η ΝΗ3 συμπεριφέρεται ως αναγωγικό και το πυκνό ΗΝΟ3 ως οξειδωτικό. Λύση Το Ν της ΝΗ3 έχει Α.Ο. -3 που είναι και ο μικρότερος Α.Ο. του Ν. Επομένως το Ν μπορεί μόνο να οξειδωθεί και η ΝΗ3 είναι αναγωγικό. Στο ΗΝΟ3 το Ν έχει έναν από τους μεγαλύτερους Α.Ο. το +5. Επομένως μπορεί να αναχθεί και το ΗΝΟ3 συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό.

-17-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου 5.

Να συμπληρώσετε τους συντελεστές στις παρακάτω αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. α. ΚΜnO4 + FeCl2 + HCl → KCl + MnCl2 + FeCl3 + H2O β. Κ2Cr2O7 + CO + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + H2O Λύση α. β.

ΚΜnO4 + 5 FeCl2 + 8 HCl → KCl + MnCl2 + 5 FeCl3 + 4 H2O Κ2Cr2O7 + 3 CO + 4 H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3 CO2 + 4 H2O

6.

Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του χλωρίου στις παρακάτω ουσίες: Cℓ2, HCℓO3, HCℓO, CaOCℓ2, HCℓ, CℓO4–

7.

Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του Ν στις παρακάτω ουσίες: ΝΟ, ΝΟ2, ΗΝΟ2, ΗΝΟ3, ΝΟ2–

8.

Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του χλωρίου στα παρακάτω ιόντα: CℓO–, CℓO2–, CℓO3–

9.

Δίνεται η αντίδραση: 2 ΚClO3 → 2 KCl + 3 O2 Nα γράψετε τους αριθμούς οξείδωσης του Κ, του Cl και του Ο στο αντιδρών σώμα και στα προϊόντα της αντίδρασης. Στη συνέχεια να προσδιορίσετε το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο που ανάγεται.

10.

Στην αντίδραση: Cℓ2 + Η2O → ΗCℓ + HCℓO α. τα άτομα του Cl2 μόνο οξειδώνονται β. τα άτομα του Cl2 μόνο ανάγονται γ. το ένα άτομο του Cl2 οξειδώνεται και το άλλο ανάγεται δ. τα άτομα του Cl2 ούτε οξειδώνονται ούτε ανάγονται

11.

Στην αντίδραση: 2Νa + Βr2 → 2 NaΒr ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστή; α. Το νάτριο (Νa) ανάγεται β. Το βρώμιο (Br2) οξειδώνεται γ. Το νάτριο (Νa) δρα ως αναγωγικό δ. Το βρώμιο (Br2) δρα ως αναγωγικό

12.

Ποια από τις αντιδράσεις που ακολουθούν δεν είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής; α.

P + 5 HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O β.

CaO + CO2 → CaCO3 γ.

Cℓ2 + 2 NaBr → 2 NaCℓ + Br2 δ.

2 C + H2 → C2H2

-18-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου 19.

Ο διχλωριούχος σίδηρος (FeCl2) οξειδώνεται με όξινο διάλυμα διχρωμικού καλίου (K2Cr2O7) 0,4 Μ σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:

FeCl2 + K2Cr2O7 + HCl → α. Να συμπληρώσετε τη χημική εξίσωση (προϊόντα και συντελεστές). β. Να υπολογίσετε τον όγκο του διαλύματος K2Cr2O7 που απαιτείται για την οξείδωση 38,1 g FeCl2.

Ar(Fe) = 56, Ar(Cl) = 35,5 Λύση α.

6 FeCl2 + K2Cr2O7 + 14 HCl → 6 FeCl3 + 2 KCl + 2 CrCl3 + 7 Η2Ο β. Mr(FeCl2) = 56+2·35,5 = 127 g/mol n = m/Mr = 38,1 g/127 g/mol = 0,3 mol FeCl2 Από τη στοιχειομετρία της χημικής εξίσωσης έχουμε: 6 mol FeCl2 αντιδρούν με 1 mol K2Cr2O7 0,3 mol x; = 0,05 mol C = n/V ⇒ V = n/C = 0,05 mol/0,4 mol/L = 0,125 L

20.

Σε 100 mL διαλύματος KMnO4 0,1 M προσθέτουμε 800 mL διαλύματος HCl 0,2 M. Πραγματοποιείται η αντίδραση: ΚΜnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O α. Να συμπληρώσετε τους συντελεστές της αντίδρασης. β. Να εξετάσετε αν θα αποχρωματιστεί το διάλυμα KMnO4. γ. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L) σε STP του αερίου Cl2 που εκλύεται. (Υπόδειξη: το διάλυμα KMnO4 αποχρωματίζεται όταν καταναλώνεται όλο το KMnO4) Λύση Σε 100 mL περιέχονται n = CV = 0,01 mol KMnO4 Σε 800 mL περιέχονται n = CV = 0,16 mol HCl

α.

2 ΚΜnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O

β.

To ΚΜnO4 αντιδρά με το HCl με αναλογία mol 2:16 ή 1:8 Από τα δεδομένα έχουμε αναλογία 0,01:0,16 ή 1:16 Αυτό δείχνει ότι έχουμε περίσσεια HCl άρα χρησιμοποιείται όλο το KMnO4 και επομένως αποχρωματίζεται. Υπολογίζουμε στοιχειομετρικά το παραγόμενο χλώριο. Χρησιμοποιούμε για τους υπολογισμούς το ελλειμματικό KMnO4 2 ΚΜnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O 2 mol 16 mol

5 mol 0,01 mol x = 0,08 mol y = 0,025 mol V(Cl2) = n·Vm = 0,025·22,4 = 0,56 L

γ.

-20-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή 21.

Μια ποσότητα κασσίτερου (Sn) διαλύεται πλήρως σε περίσσεια HBr και σχηματίζεται διβρωμιούχος κασσίτερος SnBr2 και ελευθερώνεται αέριο Η2. Το διάλυμα που σχηματίζεται αποχρωματίζει πλήρως 800 mL διαλύματος KMnO4 0,4 Μ σύμφωνα με την αντίδραση: SnBr2 + KMnO4 + HBr → SnBr4 + KBr + MnBr2 + H2O Να υπολογίσετε τη μάζα του κασσίτερου. Δίνεται: Ar(Sn) = 119 Λύση 800 mL περιέχουν n = CV = 0,32 mol KMnO4 Έστω ότι έχουμε n mol Sn. Πραγματοποιούνται οι διαδοχικές αντιδράσεις:

Sn + 2 HBr → SnBr2 + Η2 1 mol 1 mol n mol n mol

5 SnBr2 + 2 KMnO4 + 16 HBr → 5 SnBr4 + 2 KBr + 2 MnBr2 + 8 Η2Ο

5 mol 2 mol

n mol 0,32 mol άρα 2n = 0,32·5 ⇒ n = 0,8 mol ⇒ m = n·Mr = 0,8 mol·119 g/mol = 95,2 g Sn 22.

Ένα μείγμα αποτελείται από 64,8 g Ag και 25,4 g Cu. Το μείγμα οξειδώνεται πλήρως με πυκνό διάλυμα θειικού οξέος (Η2SO4) και σχηματίζονται Ag2SO4 και CuSO4. Να υπολογίσετε: α. τον όγκο του αερίου SO2 που ελευθερώνεται μετρημένο σε stp συνθήκες. β. τη συνολική μάζα των αλάτων που σχηματίζονται. Δίνονται τα ατομικά βάρη: Ag = 108, Cu = 63,5, S = 32, O = 16. Λύση

α.

Υπολογίζουμε τις ποσότητες των μετάλλων σε mol

m 64,8 n= = = 0,6 mol Ag, Mr 108

m 25,4 n= = = 0,4 mol Cu Mr 63,5 Γράφουμε τις αντιδράσεις οξείδωσης κάθε μετάλλου με το πυκνό διάλυμα Η2SO4 και υπολογίζουμε στοιχειομετρικά τα ζητούμενα.

2 Ag + 2 H2SO4 → Ag2SO4 + SO2 + 2 H2O 2 mol σχηματίζουν 1 mol 1 mol

0,6 mol >> x=0,3 mol y=0,3 mol

Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O 1 mol σχηματίζει 1 mol 1 mol

0,4 mol >> z=0,4 mol ω=0,4 mol Το αέριο SO2 που παράγεται (συνολικά 0,7 mol) έχει σε stp συνθήκες όγκο V = n·Vm = 0,7·22,4 = 15,68 L

-21-

Χημεία θετικού προσανατολισμού Γ΄ Λυκείου β.

23.

g Το άλας Ag2SO4 έχει μάζα: m = n⋅Mr = 0,3mol⋅312 = 93,6 g mol

g Το άλας CuSO4 έχει μάζα: m = n⋅Mr = 0,4 mol⋅159,5 = 63,8 g mol

Τα άλατα έχουν συνολική μάζα 157,4 g

28,8 g μείγματος, που περιέχει Ζn και Cu με αναλογία mol 1:2, οξειδώνεται πλήρως από αραιό διάλυμα HNO3 6,3 % w/v σύμφωνα με τις αντιδράσεις: Ζn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO + H2O Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O Να συμπληρώσετε τους συντελεστές και να υπολογίσετε τον ελάχιστο όγκο του διαλύματος HNO3 που μπορεί να διαλύσει πλήρως το μείγμα.

ArZn=65, Cu=63,5, Η=1, Ο=16, Ν=14 Λύση Το μείγμα περιέχει n mol Zn και 2n mol Cu (αναλογία mol 1:2) m(Zn) + m(Cu) = 28,8 g ⇒ n(Zn)·Mr(Zn) + n(Cu)·Mr(Cu) = 28,8 g ⇒ n·65 + 2n·63,5 = 28,8 ⇒ n = 0,15 Επομένως το μείγμα περιέχει 0,15 mol Zn και 0,3 mol Cu.

3 Zn + 8 HNO3 → 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 Η2Ο

3 mol 8 mol 0,15 mol x = 0,4 mol

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 Η2Ο

3 mol 8 mol 0,3 mol y = 0,8 mol Συνολικά χρησιμοποιούνται 1,2 mol HNO3 ή m = 1,2·63 = 75,6 g

24.

100 mL διαλύματος περιέχουν 6,3 g HNO3 z = 1200 mL 75,6 g

24,65 g μείγματος Fe - Cu διαλύεται πλήρως από 1,2 L αραιού διαλύματος ΗΝΟ3 συγκέντρωσης C = 1 M σύμφωνα με τις αντιδράσεις: Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O Να συμπληρώσετε τις αντιδράσεις και να υπολογίσετε τη σύσταση του αρχικού μείγματος Fe - Cu σε mol. Δίνονται: Ar(Fe)=56, Ar(Cu)=63,5 Απάντηση Το μείγμα περιέχει x mol Fe και y mol Cu m(Fe) + m(Cu) = 24,65 g ⇒ n(Fe)·Mr(Fe) + n(Cu)·Mr(Cu) = 24,65 g ⇒ x·56 + y·63,5 = 24,65 (1)

-22-

1η ενότητα - Οξειδοαναγωγή

Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2 Η2Ο 1 mol 4 mol x mol 4x mol

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 Η2Ο 3 mol 4 mol y mol 8y/3 mol

Συνολικά χρησιμοποιούνται: n = CV = 1,2 mol HNO3 ⇒ 4x + 8y/3 = 1,2 (2)

Από τη λύση του συστήματος των εξισώσεων (1) και (2) προκύπτει ότι x = 0,1 mol Fe και y = 0,3 mol Cu

25.

Η αμμωνία οξειδώνεται από οξείδιο του χαλκού σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: ΝΗ3 + CuO → α. Να συμπληρώσετε τη χημική εξίσωση (προϊόντα και συντελεστές). β. Να υπολογίσετε τον όγκο σε συνθήκες stp του αερίου Ν2 που σχηματίζεται από την οξείδωση 68 g ΝΗ3.

Ar(N) = 14, Ar(H) = 1 [Απ: 44,8 L]

26.

Ο άνθρακας οξειδώνεται από το πυκνό-θερμό θειικό οξύ σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: C + H2SO4 → CO2 + SO2 + H2O α. Να καθορίσετε το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα, αιτιολογώντας την απάντηση σας. β. Να συμπληρώσετε τους συντελεστές. γ.

Nα υπολογίσετε την ποσότητα (σε mol) των αερίων που προκύπτουν, όταν αντιδράσουν 3,6 g του άνθρακα με 0,1 L διαλύματος πυκνού και θερμού θειικού οξέος συγκέντρωσης C = 5 Μ. Δίνεται Αr(C) = 12 [Απ: 0,75 mol]

27.

Σε 100 mL διαλύματος Δ1 K2Cr2O7 0,4 M, που είναι οξινισμένο με θειικό οξύ, προσθέτουμε 100 mL διαλύματος Δ2 FeSO4 0,6 M. Πραγματοποιείται η αντίδραση: FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Η2Ο α. Να συμπληρώσετε τους συντελεστές της αντίδρασης. β. Να δείξετε ότι δεν θα μεταβληθεί το χρώμα του K2Cr2O7 (από πορτοκαλί σε πράσινο). γ. Στο τελικό διάλυμα προστίθεται KI και πραγματοποιείται η αντίδραση: ΚΙ + K2Cr2O7 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Ι2 + Η2Ο

i. Να συμπληρώσετε τους συντελεστές.

-23-