luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Transkriptio

1 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen 1

2 Ennakkokysymyksiä 2

3 Metallien reaktioita ja jännitesarja Fe(s) + CuSO 4 (aq) Cu(s) + AgNO 3 (aq) taulukkokirja s.155 3

4 Metallien jännitesarja Vety jakaa metallit jaloihin ja epäjaloihin metalleihin > Epäjalot metallit esiintyvät luonnossa vain yhdisteinä > Jaloja metalleja esiintyy luonnossa puhtaina aineina Metallit järjestyksessä pienenevän hapettumiskykynsä mukaan Jännitesarjan avulla voidaan ennustaa metallien välisiä hapettumis pelkistymisreaktioita: > esim. Ennen vetyä olevat (epäjalot) metallit reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen > Jalot metallit hapettuvat vain hapettavien happojen kanssa (typpihappo) 4

5 Metallien hapettuminen ja pelkistyminen Epäjalommalle metallille tapahtuu hapettuminen (=elektronien luovuttamista), jos se on alkuainemuotoisena metalliatomina mukana reaktiossa Jalommalle metallille tapahtuu pelkistyminen (=elektronien vastaanottamista), jos se on ionisoituneena metallikationina mukana reaktiossa Esim. 2Al(s) + 3CuCl 2 (aq) 3Cu(s) + 2AlCl 3 (aq) Jos jalompi metalli reaktiossa alkuainemuotoisena ja epäjalompi ionina (=hapettuneena), ei tapahdu hapettumis pelkistymisreaktiota esim. Mg(s) + CaO(aq) ei reaktiota 5

6 Normaalipotentiaalitaulukko Sisältää tietoa muidenkin aineiden kuin metallien kyvystä hapettua tai pelkistyä Taulukkoa tulkitsemalla voidaan edelleen ennustaa taulukossa esiintyvien aineiden välisiä reaktioita Taulukossa kaikille aineille on esitetty pelkistymispotentiaaliarvo (E p ), mutta ne aineet joilla arvo negatiivinen, ovat huonosti pelkistyviä (hyviä hapettumaan), esim. Na + + e > Na E p = 2,71 V Cl 2 + 2e > 2Cl E p = 1,36 V katso taulukkokirja s.155 (=helposti hapettuva) (= helposti pelkistyvä) 6

7 Normaalipotentiaaleja pelkistymispotentiaaleja 7

8 Normaalipotentiaalitaulukon käyttö Hapettumispotentiaaliarvo (E h ) saadaan kun: käännetään reaktioyhtälö ja otetaan vastaluku pelkistymispotentiaaliarvosta (E p ) Jos reaktiossa mukana olevien aineiden hapettumis (helpommi hapettuvalta aineelta) ja pelkistymis (helpommin pelkistyvältä aineelta) potentiaaliarvojen summa on positiivinen (E h + E p > 0), on kyseinen reaktio spontaani eli tapahtuu itsestään Jos potentiaaliarvojen summa on negatiivinen, ei reaktiota tapahdu esim. t. 16 8

9 Normaalipotentiaaliarvojen käyttö Taulukkokirjasta saatavat arvot antavat vastauksia mm. seuraaviin kysymyksiin: Mitkä metallit reagoivat veden kanssa vetykaasua vapauttaen? Mitkä metallit reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen? Miksi jotkin metallit liukenevat vain typpihappoon? Onko aine hyvä hapetin vai pelkistin? 9

10 Mitkä metallit reagoivat veden kanssa vetykaasua vapauttaen? Metallin ja veden välinen hapettumis pelkistymisreaktio Metalli hapettuu: Ca(s) > Ca 2+ (aq) + 2e E h =+2,87V Veden sisältämä vety pelkistyy: E= +2,87V + ( 0,83V) = +2,04V, reaktio spontaani Alkali ja maa alkalimetalleiden liuetessa veteen vapautuu vetykaasua ja muodostuu emäksinen (alkalinen) vesiliuos OH ionien vaikutuksesta 10

11 Mitkä metallit reagoivat happojen kanssa vetyä vapauttaen? Metalli hapettuu: Sn(s) > Sn 2+ (aq) + 2e E h =+0,14V Hapon vetyionit (H + ) pelkistyvät vetykaasuksi: E p = 0,00 V E= +0,14V+0,00V=+0,14V reaktio spontaani Eli jos metallin hapettumispotentiaaliarvo (E h ) on positiivinen (=epäjalot metallit), tapahtuu reaktio happojen kanssa vetyä vapauttaen 11

12 Miksi jotkin metallit liukenevat vain typpihappoon? Ne metallit, joiden hapettumispotentiaaliarvo on negatiivinen (Cu, Fe), tarvitsee jonkun vahvan hapettimen Typpihapon (HNO 3 ) nitraatti ioni (NO 3 ) on tällainen vahva hapetin (E p = +0,80V, +0,96 V) Normaalipotentiaalien summaksi tulee jälleen positiivinen, jolloin reaktio on spontaani 12

13 Onko aine hyvä hapetin vai pelkistin? Aine, jonka pelkistymispotentiaaliarvo on suuri (esim. F), on hyvä hapetin Aine, jonka pelkistymispotentiaali on pieni (esim. Li), on hyvä pelkistin 13

14 Normaalipotentiaaleja 14

15 Hapettumis pelkistymisreaktion tunnistaminen Onko reaktio PbO(s) + CO(g) > Pb(s) + CO 2 (g) hapettumis pelkistymisreaktio? Määritä reaktiossa mukana olevien alkuaineiden hapetusluvut (taulukkokirja s. 144, mooli4 s.27) Jos vähintään kahdelle eri alkuaineelle tapahtuu hapetusluvuissa muutoksia, on reaktio hapettumispelkistymisreaktio (t.22 s.36) 15

16 Hapetuslukujen määrittäminen 16

17 Esimerkki Määritä hapetusluvut yhdisteissä esiintyville alkuaineille: O 2 HNO 3 H 2 O H 2 O 2 FeCl 3 H 3 PO 4 17

18 Reaktioyhtälön tasapainottaminen hapetuslukujen avulla a) 2 CuSO 4 (aq) + 4 KI(aq) 2 CuI(s) + 2 K 2 SO 4 (aq) + I 2 (s) 18

19 19

20 20

21 Ratkaisu 21

22 22

23 23

24 4) Joskus hapettumis pelkistymisreaktio esitetään ionireaktiona. Tällöin lopuksi tulee varmistaa, että sähkövarauksia on yhtä paljon kummallakin puolella reaktioyhtälöä. Esimerkki 2 s.31 24

25 Ratkaisu 25

26 26

27 27

28 t.28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 Missä putkissa raudan ruostuminen etenee nopeasti? 33