Wyklad_4 Stechiometria_roztwory

(1)

Stechiometria w

roztworach

Woda jako

rozpuszczalnik

(2)

W

ł

a

ś

ciwo

ś

ci wody

-- budowa czbudowa cząąsteczki kąsteczki kątowatowa

-- wiwiąązania Ozania O--H kowalencyjneH kowalencyjne

-- czcząąsteczka polarnasteczka polarna

H O 2δ− δ+ δ+ 105° H

(3)

Rozpuszczanie

+ + + + + + − − − − − − + + + + + − − − − − − O H H δ+ δ+ 2δ− O H H δ+ δ+ 2δ− + − − + Cation Anion

oddziaływanie polarnych cząsteczek wody z kationami i anionami

w sieci krystalicznej soli

rozpuszczalnik (solvent)

substancja rozpuszczana (solute)

(4)

Elektrolity

mocne

mocne –– efektywnie przewodzefektywnie przewodząą prprąąd d ((NaClNaCl, HNO, HNO₃₃)) s

słłabe abe –– ssłłabo przewodzabo przewodząą ((ocet, woda z kranu)ocet, woda z kranu) nie

(5)

Elektrolity

04_43 Power Source (a) (b) (c) + − + + + − − − − − + + Przewodnictwo elektryczne roztworów wodnych Obwód zostaje zamknięty i

zaczyna płynąć prąd jeżeli roztwór zawiera nośniki ładunku.

(a) Mocny elektrolit

zawiera jony gotowe do przenoszenia ładunku. (b) Słaby elektrolit zawiera

mało jonów i jest w stanie przenieść mniej ładunków.

(c) Nie-elektrolit nie zawiera jonów i nie przewodzi prądu.

(6)

Kwasy

Mocne kwasy

Mocne kwasy -- dysocjujdysocjująą cacałłkowicie (100%) z kowicie (100%) z utworzeniem kation

utworzeniem kationóów Hw H++ _(H_(H 3

3OO++) w roztworze) w roztworze

HCl

HCl –– kwas chlorowodorowy, kwas chlorowodorowy, hydrochlorichydrochloric acidacid HBr

HBr –– kwas bromowodorowy, kwas bromowodorowy, hydrobromichydrobromic acidacid HI

HI -- kwas jodowodorowy, kwas jodowodorowy, hydroiodichydroiodic acidacid HNO

HNO₃₃ –– kwas azotowy (V), kwas azotowy (V), nitricnitric acidacid H

H₂₂SOSO₄₄ –– kwas siarkowy (VI), kwas siarkowy (VI), sulfuricsulfuric acidacid HClO

HClO₃₃ –– kwas chlorowy (V), kwas chlorowy (V), chloricchloric acidacid HClO

(7)

S

Słłabe kwasy abe kwasy –– dysocjujdysocjująą w maw małłym stopniuym stopniu HF

HF –– kwas fluorowodorowy, kwas fluorowodorowy, hydrofluorichydrofluoric acidacid CH

CH₃₃COOH COOH –– kwas octowy, kwas octowy, aceticacetic acidacid H

H₂₂COCO₃₃ –– kwas wkwas węęglowy, glowy, carboniccarbonic acidacid H

H₂₂SOSO₃₃ –– kwas siarkowy (IV), kwas siarkowy (IV), sulfuroussulfurous acidacid HNO

HNO₂₂ –– kwas azotowy (III), kwas azotowy (III), nitrousnitrous acidacid H

H₃₃POPO₄₄ –– kwas fosforowy (V), kwas fosforowy (V), phosphoricphosphoric acidacid

04_1532

Kwasy

(8)

Zasady

Mocne zasady

Mocne zasady -- dysocjujdysocjująą cacałłkowicie z utworzeniem kowicie z utworzeniem anion

anionóów OHw OH-- _{w roztworze}_{w roztworze}

LiOH

LiOH -- lithiumlithium hydroxidehydroxide NaOH

NaOH -- sodiumsodium hydroxidehydroxide KOH

KOH -- potassiumpotassium hydroxidehydroxide RbOH

RbOH -- rubidiumrubidium hydroxidehydroxide CsOH

CsOH -- cesiumcesium hydroxidehydroxide Ca(OH)

Ca(OH)₂₂ -- calciumcalcium hydroxidehydroxide Sr (OH)

Sr (OH)₂₂ -- strontiumstrontium hydroxidehydroxide Ba (OH)

Ba (OH)₂₂ -- bariumbarium hydroxidehydroxide S

Słłabe zasadyabe zasady –– dysocjujdysocjująą w maw małłym stopniu ym stopniu NH

NH₃₃

NH

(9)

Reakcje w roztworach

-- Reakcje wytrReakcje wytrąącaniacania

AgNO

AgNO₃₃((aqaq) + ) + NaCl(NaCl(aqaq) ) →→ AgCl(AgCl(ss) + NaNO) + NaNO₃₃((aqaq))

-- Reakcje kwasReakcje kwas--zasadazasada

NaOH(

NaOH(aqaq) + ) + HCl(HCl(aqaq) ) →→ NaCl(NaCl(aqaq) + H) + H₂₂O(O(ll))

-- Reakcje redukcji/utleniania (Reakcje redukcji/utleniania (redoksredoks))

Fe

Fe₂₂OO₃₃((ss) + ) + Al(Al(ss) ) →→ Fe(Fe(ll) + Al) + Al₂₂OO₃₃((ss))

(10)

Zapis reakcji w roztworach

1.

1.CzCząąsteczkowy steczkowy (substraty i produkty w (substraty i produkty w formie zwi

formie zwiąązkzkóów)w)

AgNO

AgNO₃₃((aqaq) + ) + NaCl(NaCl(aqaq) ) →→ AgCl(AgCl(ss) + NaNO) + NaNO₃₃((aqaq))

2.

2.CaCałłkowity jonowy kowity jonowy (wszystkie mocne (wszystkie mocne elektrolity w postaci jon

elektrolity w postaci jonóów)w)

Ag Ag++₍₍_aq_aq_{) + NO}_{) + NO} 3 3−−((aqaq) + ) + NaNa++((aqaq) + ) + ClCl−−((aqaq) ) →→ AgCl( AgCl(ss) + ) + NaNa++₍₍_aq_aq_{) + NO}_{) + NO} 3 3−−((aqaq))

(11)

3.

3.SkrSkróócone rcone róównanie jonowe wnanie jonowe (pokazuje (pokazuje tylko sk

tylko skłładniki reagujadniki reagująące)ce)

Ag

Ag++₍₍_aq_aq_{) +}_{) +}_Cl_Cl−−₍₍_aq_aq₎₎_→_→ _AgCl(_AgCl(_s_s₎₎

Na

Na++ _{i NO}_{i NO} 3

3−− jony jony „„widzowiewidzowie””..

Zapis reakcji w roztworach

(12)

Reakcje wytr

ą

_ą

cania

_cania

Rozpuszczalne

Rozpuszczalne 1.

1. wszystkie azotany (NOwszystkie azotany (NO₃₃−−), ),

2.

2. wiwięększokszośćść soli metali alkalicznych (grupa 1) oraz NHsoli metali alkalicznych (grupa 1) oraz NH₄₄++ ,,

3.

3. wiwięększokszośćść soli Clsoli Cl−−, Br, Br−− i Ii I−− ((za wyjza wyjąątkiemtkiem AgAg++, Pb, Pb2+2+, Hg, Hg₂₂2+2+))

4.

4. wiwięększokszośćść siarczansiarczanóów (SOw (SO₄₄--)) ((za wyjza wyjąątkiemtkiem BaSOBaSO₄₄, PbSO, PbSO₄₄, ,

HgSO

HgSO₄₄, CaSO, CaSO₄₄)) Nierozpuszczlne

Nierozpuszczlne

1.

1. wiwięększokszośćść wodorotlnekwodorotlnekóóww OHOH−− ((za wyjza wyjąątkiem tkiem NaOHNaOH, KOH , KOH

rozpuszczlane

rozpuszczlane, Ba(OH), Ba(OH)₂₂, Ca(OH), Ca(OH)₂₂ mamałło rozpuszczalneo rozpuszczalne),),

2.

2. wiwięększokszośćść soli Ssoli S22−−, CO, CO₃₃22−−, CrO, CrO₄₄22−−, PO, PO₄₄33−−,,

Regu

(13)

SO SO₄₄22----_{, CO}_{, CO} 3 322- -Prawie wszystkie Prawie wszystkie II grupa uk

II grupa ukłładu okresowego:adu okresowego: Mg Mg2+2+_{, Ca}_{, Ca}2+2+_{, Sr}_{, Sr}2+2+_{, Ba}_{, Ba}2+2+ -Wszystkie Wszystkie I grupa uk

I grupa ukłładu okresowego:adu okresowego: Na Na++_{, K}_{, K}++ _itd_itd anionu anionu anionu anionu kationu kationu Prawie wszystkie Prawie wszystkie Na Na++_{, K}_{, K}++ OH OH- -Prawie wszystkie Prawie wszystkie I grupa uk

I grupa ukłładu adu

okresowego: okresowego: Na Na++_{, K}_{, K}++_itd_itd S S22- -Ag Ag++_{, Pb}_{, Pb}2+2+_{, Hg}_{, Hg} 2 22+2+ Prawie wszystkie Prawie wszystkie Cl Cl----, , _I_I--, , _Br_Br- -Prawie wszystkie Prawie wszystkie I grupa uk

okresowego: okresowego: Na Na++_{, K}_{, K}++_itd_itd CrO CrO₄₄22- -Prawie wszystkie Prawie wszystkie I grupa uk

okresowego: okresowego: Na Na++_{, K}_{, K}++_itd_itd CO CO₃₃22- -Prawie wszystkie Prawie wszystkie I grupa uk

okresowego: okresowego: Na Na++_{, K}_{, K}++_itd_itd PO PO₄₄33- -Wszystkie kationy Wszystkie kationy NO NO₃₃- -II grupa uk

II grupa ukłładu okresowego:adu okresowego: Mg Mg2+2+_{, Ca}_{, Ca}2+2+_{, Sr}_{, Sr}2+2+_{, Ba}_{, Ba}2+2+ Oraz Pb Oraz Pb2+2+_{, Hg}_{, Hg}2+2+ Prawie wszystkie Prawie wszystkie SO SO₄₄22- -kationu kationu kationu kationu anionu anionu nierozpuszczalne nierozpuszczalne rozpuszczalne rozpuszczalne sole sole

(14)

Reakcje

redoks

CaSO

CaSO₄₄

SO

SO₄₄2-2-₌₌_-_-₂₂

Suma stopni utlenienia w cz

Suma stopni utlenienia w cząąsteczce bez steczce bez ł

ładunku = 0 adunku = 0

Suma stopni utlenienia w cz

Suma stopni utlenienia w cząąsteczce z steczce z ł

ładunkiem = adunkiem = łładunek jonuadunek jonu 6.

6.

NaF

NaF, CaCl, CaCl₂₂, AlI, AlI₃₃, , KBrKBr F, Cl, Br, I w zwi

F, Cl, Br, I w zwiąązkach = zkach = --11 5.

5.

HCl

HCl, H, H₂₂O, NHO, NH₃₃, CH, CH₄₄ H = +1 w zwi

H = +1 w zwiąązkach kowalencyjnych zkach kowalencyjnych 4. 4. CO, CO CO, CO₂₂, SO, SO₂₂, SO, SO₃₃, , H H₂₂O (HO (H₂₂OO₂₂)) O =

O = --2 w zwi2 w zwiąązkach kowalencyjnych (za zkach kowalencyjnych (za wyj

wyjąątkiem nadtlenktkiem nadtlenkóów = w = --1)1) 3.

3.

Na

Na++ _{= +1, Cl}_{= +1, Cl}-- ₌₌_-_-₁₁

Stan utlenienia jonu =

Stan utlenienia jonu = łładunekadunek 2.

2.

Na, O

Na, O₂₂, O, O₃₃ Stopie

Stopieńń utlenienia atomu w pierwiastku = 0utlenienia atomu w pierwiastku = 0 1.

1.

Regu

(15)

Bilansowanie r

ó

wna

ń

redoks

(w

ś

rod

. kwa

ś

nym)

1.

1.Napisz osobno reakcje utleniania i redukcji.Napisz osobno reakcje utleniania i redukcji. 2.

2.Dla kaDla każżdej reakcji podej reakcji połłóówkowej:wkowej:

-- zbilansuj pierwiastki (przbilansuj pierwiastki (próócz H, O)cz H, O)

-- zbilansuj O za pomoczbilansuj O za pomocąą HH₂₂OO

-- zbilansuj H za pomoczbilansuj H za pomocąą HH++

-- zbilansuj zbilansuj łładunek za pomocadunek za pomocąą elektronelektronóóww

Metoda reakcji po

(16)

3.

3.JeJeśśli potrzeba pomnli potrzeba pomnóóżż przez liczbprzez liczbęę cacałłkowitkowitąą aby zr

aby zróównawnaćć liczbliczbęę elektronelektronóów.w. 4.

4.Dodaj reakcje poDodaj reakcje połłóówkowe.wkowe. 5.

5.SprawdSprawdźź czy pierwiastki i czy pierwiastki i łładunki siadunki sięę bilansuj

bilansująą..

Bilansowanie r

ó

_ó

wna

_wna

ń

_ń

redoks

_redoks

(w

(17)

Bilansowanie r

ó

wna

ń

redoks

(w

ś

rod

. zasadowym)

1.

1.Zbilansuj rZbilansuj róównanie tak jak w przypadku wnanie tak jak w przypadku kwas

kwasóów.w. 2.

2.Dodaj OHDodaj OH−− _{by zr}_{by zr}_ó_ó_wnowa_wnowa_ż_ż_y_y_ć_ć _H_H++ _{(do obu stro}_{(do obu stro}_ń_ń

r

róównania!)wnania!) 3.

3.UtwUtwóórz czrz cząąsteczki wody z Hsteczki wody z H++_{, OH}_{, OH}−₋_._.

4.

(18)

Przyk

ł

_ł

ad 1

_{ad 1}

ś

_ś

rodowisko kwa

_{rodowisko kwa}

ś

_ś

ne

_ne

Cu_(s) + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO_(g) 1) Cu(s) → Cu2+` 2) NO₃- → NO (g) Cu_(s) + NO₃- → Cu2+ _{+ NO} (g)

(19)

Cu_(s) + NO₃- → Cu2+ _{+ NO} (g) 1) Cu_(s) → Cu2+ ₊_2e 2) NO₃- ₊_4H+ ₊ _3e → NO (g) + 2H2O red ox

Przyk

(20)

Cu_(s) + NO₃- → Cu2+ _{+ NO} (g)

1) 3Cu_(s) → 3Cu2+ ₊_6e

2) 2NO₃- ₊_8H+ ₊ _6e → 2NO

(g) + 4H2O x2

3Cu_(s) + 2NO₃- _{+ 8H}+ → 3Cu2+ _{+ 2NO}

(g) + 4H2O

x3

Przyk

(21)

CN- _{+ MnO}

4- → CNO- + MnO2

Przyk

ł

ad 2

-

ś

rodowisko zasadowe

1) CN- → CNO

-2) MnO₄- → MnO 2

(22)

1) CN- ₊_H 2O → CNO- + 2H+ + 2e 2) MnO₄- ₊_4H+ ₊_3e→ MnO 2 + 2H2O x2 x3 red ox

Przyk

(23)

1) 3CN- _{+ 3H} 2O → 3CNO- + 6H+ + 6e 2) 2MnO₄- _{+ 8H}+ + 6e → 2MnO 2 + 4H2O x2 x3

Przyk

(24)

1) 3CN- _{+ 3H}

2O → 3CNO- + 6H+ + 6e

2) 2MnO₄- _{+ 8H}+ + 6e→ 2MnO

2 + 4H2O x2 x3 3CN- _{+ 2MnO} 4- +2H+→ 3CNO- + 2MnO2 + H2O 1)+2)

Przyk

(25)

1) 3CN- _{+ 3H} 2O → 3CNO- + 6H+ + 6e 2) 2MnO₄- _{+ 8H}+ + 6e → 2MnO 2 + 4H2O x2 x3 3CN- _{+ 2MnO} 4- +2H+→ 3CNO- + 2MnO2 + H2O +OH -3CN- _{+ 2MnO}

4- + H2O → 3CNO- + 2MnO2 + 2OH