ΧΗΜΕΙΑ - chemistrytopics.xyz · iii Αντί προλόγου «Παίζοντας» σωστά με τη Χημεία . . . Ίσως να σας αρέσει η μουσική

Χ Η Μ Ε Ι ΑΓ ΄ ΛΥ Κ Ε Ι Ο Υ

Τ ε ύ χ ο ς Γ 12 0 1 8 - 2 0 1 9

Cl aq- ^ hCl aq- ^ h

CoCl aq42- ^ h6 @Co H O aq2 6

2+^ ^h h6 @

Co H O aq Cl aq CoCl aq H O l4 62 62

42

2m+ ++ - -^ ^ ^ ^ ]h h h h g6 6@ @

1 . Ο ξ ε ι δ ο α ν α γ ω γ ή

2 . Θ ε ρ μ ο χ η μ ε ί α

3 . Χ η μ ι κ ή Κ ι ν η τ ι κ ή

4 . Χ η μ ι κ ή Ι σ ο ρ ρ ο π ί α

5 . Ο ξ έ α - Β ά σ ε ι ς κα ι Ι ο ν τ ι κ ή Ι σ ο ρ ρ ο π ί α

6 . Η λ ε κ τ ρ ο ν ι α κ ή Δ ο μ ή τ ω ν Α τ ό μ ω νκ α ι Π ε ρ ι ο δ ι κ ό ς Π ί ν α κ α ς

i

ΧΗΜΕΙΑ

Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ

Τεύχος Γ1

1. Οξειδοαναγωγή2. Θερμοχημεία3. Χημική Κινητική4. Χημική Ισορροπία5. Οξέα - Βάσεις και Ιοντική Ισορροπία6. Ηλεκτρονιακή Δομή των Ατόμων και Περιοδικός Πίνακας

ii

Χημεία Γ΄Λυκείου – Τεύχος Γ1

Παναγιώτης Γ. Κονδύλης, Ph.D. Πολυνίκης Λατζώνης 6945-891908 6944-735073 [email protected] [email protected]

Ιούνιος 2018

http://chemistrytopics.xyz

iii

Αντί προλόγου

«Παίζοντας» σωστά με τη Χημεία . . .

Ίσως να σας αρέσει η μουσική ή ίσως ένα συναρπαστικό άθλημα, όπως το ποδόσφαιρο ή η ιστιοσανίδα. Δε μπορείτε, όμως, ποτέ να μάθετε πιάνο πηγαίνοντας στο Μέγαρο μουσικής για ν’ ακούσετε ένα κονσέρτο, ούτε μπορείτε να μάθετε να παίζετε ποδόσφαιρο βλέποντας τηλεόραση …

Με παρόμοιο τρόπο δεν μπορείτε να μάθετε Χημεία βλέποντας απλά κάποιον άλλον (π.χ. τον καθηγητή σας, στον πίνακα) να «κά-νει» Χημεία. Ούτε διαβάζοντας αποσπασματικά ένα βιβλίο ή τις σημειώσεις σας. Όλα αυτά δεν είναι αρκετά, αν δεν μπορείτε να «κάνετε» Χημεία μόνοι σας.Αυτό, όμως, απαιτεί εξάσκηση σε συνεχή βάση και βέβαια ότι χρειάζεται να γίνεται σε συνεχή βάση απαιτεί αυτοπειθαρχία μέχρις ότου να γίνει συνήθεια.

Μπορεί κανείς εύκολα να πελαγώσει αν δεν βρίσκει τις γενικές αρχές σε κάθε ένα κεφάλαιο. Μαθαίνοντας κανείς τα γενικά χαρα-κτηριστικά και κανόνες σε κάθε θέμα, το πώς δηλαδή αυτό «δουλεύει» σε γενικές γραμμές, τον απελευθερώνει από την απομνη-μόνευση καθεμίας ερώτησης θεωρίας, καθεμίας εφαρμογής ξεχωριστά. Δένει όλες τις ιδέες μαζί και δεν «χάνεται» στις επιμέρους λεπτομέρειες.Πολλοί μαθητές παλεύουν με τη Χημεία γιατί δε στέκονται στο πως συνδέονται τα διάφορα επιμέρους θέματα ενός κεφαλαίου το ένα με το άλλο, με το πώς οι ιδέες συνδέονται και κάθε μία άσκηση, κάθε ένα πρόβλημα το βλέπουν σαν μοναδικό. Παρατηρείστε για παράδειγμα πώς όλα τα άτομα έχουν ορισμένες βασικές αρχές στην ηλεκτρονιακή τους δόμηση ή πώς όλα τα οξέα και οι βάσεις συμπεριφέρονται ανάλογα στα υδατικά τους διαλύματα.

Μετά τη θεωρία και τις ερωτήσεις μαθαίνουμε να λύνουμε ασκήσεις και προβλήματα. «Μα πώς θα μπορέσω να το κάνω αυτό;» μπορεί να αναφωνήσει κάποιος, που ποτέ του δεν έχει καταλάβει τις ασκήσεις και τα προβλήματα της Χημείας. Η απάντηση είναι απλή: Δουλεύοντας τα παραδείγματα των ερωτήσεων, των ασκήσεων και των προβλημάτων! Θα υπάρχουν στα πλαίσια αυτού του βιβλίου αρκετά για να μην … πλήξετε.

Μπορείτε, λοιπόν, να ακολουθήσετε το εξής μονοπάτι εργασίας: Διαβάστε ένα τμήμα ύλης (θεωρία), διαβάστε προσεκτικά τα παρα-δείγματα και στη συνέχεια πολεμήστε τις ασκήσεις και τα προβλήματα προς λύση (δεν είναι άλυτα, μπορούν να λυθούν από όλους τους προσεκτικούς αναγνώστες), που έχουν σχέση με το αντικείμενο που διαβάσατε. Οι ασκήσεις και τα προβλήματα θα σας βοη-θήσουν να καταλάβετε, αν φθάσατε με επιτυχία στον προορισμό σας, μετά από κάθε κεφάλαιο.

Και μην ξεχνάτε ότι στη μάχη αυτή της γνώσης το βιβλίο είναι ο οδηγός, αλλά ο καθηγητής σας είναι ο μεγάλος σας σύμμαχος. Ζη-τείστε τη βοήθειά του, αν «κολλήσετε» σε ένα πρόβλημα ή μία άσκηση και δεν θυμάστε κάποια άλλη παρόμοια λυμένη. Γενικά, δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό να χάσει κανείς δυσανάλογα πολύ χρόνο σε μία άσκηση, αν δεν «βγαίνει». Εκτός, αν δεν το βλέπει κανείς σαν υποχρέωση, αλλά «just for having fun»… Γιατί:

Η Χημεία μπορεί να γίνει διασκέδαση, ένα χόμπι. Αν το καταλάβετε έτσι, θα είναι το καλύτερο μάθημα από όλα.

iv

Στον Γιώργο, στον Δημήτρη, στον Παναγιώτη…

… και στους μαθητές μας, που η περιέργεια και ο ενθουσιασμός τους μας δίνουν ιδέες και οι ερωτήσεις τους συχνά μας διδάσκουν τη διδακτική της Χημείας …

v

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Σελ.ΜΕΡΟΣ Α: ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Ενότητα 1 : Οξειδοαναγωγή 1 - 20Χημεία και… τέρατα: «Γιατί ο σίδηρος σκουριάζει;»

Ενότητα 2 : Θερμοχημεία – Χημική Κινητική 21 - 44Χημεία και… τέρατα: «Στο δρόμο για τη Στοκχόλμη!»

Ενότητα 3 : Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης - Καταλύτες 45 - 58Χημεία και… τέρατα: «Geoffrey Wilkinson»

Ενότητα 4 : Χημική ισορροπία - Απόδοση αντίδρασης 59 - 74Χημεία και… τέρατα: «Πόλεμος και επιστήμη!»

Ενότητα 5 : Χημική ισορροπία - Αρχή Le Châtelier 75 - 90Χημεία και… τέρατα: «Το πείραμα της… γάτας!»

Ενότητα 6 : Χημική ισορροπία - Σταθερά χημικής ισορροπίας Kc^ h 91 - 114Χημεία και… τέρατα: Δεν υπάρχει προς το παρόν!Κριτήρια αξιολόγησης 115 - 120

ΜΕΡΟΣ Β: ΟΞΕΑ - ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Ενότητα 7 : Οξέα και βάσεις κατά Brønsted - Lowry 121 - 142Χημεία και… τέρατα: J. N. Brønsted, «Μερικές παρατηρήσεις για τη θεωρία περί οξέων και βάσεων»

Ενότητα 8 : Ιοντισμός του νερού, pH - Διαλύματα ισχυρών οξέων και βάσεων 143 - 160Ενότητα 9 : Διαλύματα ασθενών οξέων και βάσεων - Νόμος αραίωσης του Ostwald 161 - 190

Χημεία και… τέρατα: «Οργανικές βάσεις σε… πτώματα και φάρμακα»Ενότητα 10 : Εξουδετέρωση - Διαλύματα αλάτων 191 - 216

Χημεία και… τέρατα: «Αντιόξινα φάρμακα»Ενότητα 11 : Επίδραση κοινού ιόντος (Ε.Κ.Ι.) 217 - 240Ενότητα 12 : Ρυθμιστικά διαλύματα 241 - 268

Χημεία και… τέρατα: «Το αίμα ως ρυθμιστικό διάλυμα»Ενότητα 13 : Πρωτολυτικοί δείκτες - Ογκομετρήσεις εξουδετέρωσης 269 - 298

Χημεία και… τέρατα: «Πισίνες και… δείκτες!»Ενότητα 14 : Προβλήματα διερευνήσεων με βάση το pH - Επαναληπτικά προβλήματα 299 - 314

Χημεία και… τέρατα: «Η απόλυτη λύση!»Κριτήρια αξιολόγησης 315 - 322

ΜΕΡΟΣ Γ: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

Ενότητα 15 : Κβαντικοί αριθμοί και τροχιακά 323 - 344Χημεία και… τέρατα: «Πως το φαντάστηκε….»Χημεία και… τέρατα: «Ε, λοιπόν, βρήκα μία…»

Ενότητα 16 : Αρχές δόμησης πολυηλεκτρονιακών ατόμων 345 - 362Χημεία και… τέρατα: Το πείραμα της… γάτας! (το «πραγματικό»)

Ενότητα 17 : Δομή περιοδικού πίνακα 363 - 378Χημεία και… τέρατα: «Η ανακάλυψη του He»

Ενότητα 18 : Μεταβολή ορισμένων περιοδικών ιδιοτήτων 379 - 396Χημεία και … τέρατα: «Κάποτε στην… Ανατολή!»

Κριτήρια αξιολόγησης 397 – 402

Απαντήσεις Ερωτήσεων, Ασκήσεων, Προβλημάτων 403 - 438

Πίνακας Σχετικών Ατομικών Μαζών

Περιοδικός Πίνακας των στοιχείων

ΜΕΡΟΣ Α’: ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ(Κεφάλαια 1-4 Σχολικού)

ΟξειδοαναγωγήΘερμοχημεία

Χημική ΚινητικήΧημική ισορροπία

1

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Αρχικοί ορισμοί οξείδωσης και αναγωγής

I. Πριν από τη διατύπωση των θεωριών για τη δομή του ατόμου και την εξήγηση των χημικών δεσμών με βάση τον κανόνα της οκτάδας, οι αντιδράσεις οξείδωσης και οι αντι-δράσεις αναγωγής αντιμετωπίζονταν ως διαφορετικές αντιδράσεις. Σύμφωνα με τις αρχι-κές θεωρήσεις: Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μια χημική ένωση. Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μια χημική ένωση. Παραδείγματα Κατά την αντίδραση καύσης, C + O2 CO2, λέμε ότι ο άνθρακας οξειδώνεται σε CO2. Επίσης, στην αντίδραση, Fe2O3 + 3Η2 2Fe + 3Η2Ο, λέμε ότι ο σίδηρος ανάγεται σε μεταλλικό σίδηρο.

II. Aς δούμε με βάση την ηλεκτρονική θεωρία εξήγησης των χημικών δεσμών, την αντί-δραση της οξείδωσης του μαγνησίου: 2Μg + O2 2MgO (σύμφωνα με τον 1ο ορισμό το Mg οξειδώνεται γιατί ενώνεται με το Ο). Κατά το σχηματισμό του MgO, το άτομο του Mg αποβάλλει τα δύο ηλεκτρόνια της εξωτερικής του στιβάδας, τα οποία προσλαμβάνει το άτομο του O, ώστε και για τα δύο άτομα να ισχύει ο κανόνας της οκτάδας:

2+ 2Mg O Mg O

Κάτι ανάλογο συμβαίνει και κατά την αντίδραση, 2Na + Cl2 2ΝaCl:

+Na Cl Na Cl

Στην προηγούμενη αντίδραση δεν συμμετέχει το οξυγόνο, αλλά ένα άλλο ηλεκτραρνητικό στοιχείο, το χλώριο, που έχει επίσης την τάση να προσλαμβάνει ηλεκτρόνια. Επίσης, αντί για το Mg συμμετέχει το Νa, ένα άλλο ηλεκτροθετικό στοιχείο, που επίσης έχει την τάση να αποβάλλει ηλεκτρόνια.

12Μg: K2, L8, M2 8O: K2, L6 11Νa: K2, L8, M1 17Cl: K2, L8, M7

Κανόνας της οκτάδας: Τα άτομα έχουν την τάση να συμπληρώσουν τη στιβάδα σθένους τους με οκτώ ηλε-κτρόνια (εκτός αν είναι η στι-βάδα Κ, που συμπληρώνεται με δύο ηλεκτρόνια), ώστε να αποκτήσουν τη δομή ευγενούς αερίου.

1 ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ1

2

Με βάση τα προηγούμενα παραδείγματα αναπτύχθηκε ένας άλλος ορισμός για τις αντι-δράσεις οξείδωσης και αναγωγής, στον οποίο μάλιστα τα δύο φαινόμενα συνυπάρχουν στην ίδια αντίδραση:

Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων από άτομο ή ιόν. Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων από άτομο ή ιόν.

Έτσι, στην αντίδραση, 2Μg + O2 2MgO, λέμε ότι το Mg οξειδώνεται γιατί αποβάλλει ηλεκτρόνια, ενώ το Ο ανάγεται, γιατί προσλαμβάνει ηλεκτρόνια. Και βέβαια, όπου υπάρ-χει οξείδωση θα πρέπει να υπάρχει αναγωγή και άρα θα πρέπει να μιλάμε για οξειδοανα-γωγικές αντιδράσεις και όχι για αντιδράσεις οξείδωσης ή αναγωγής ξεχωριστά. Για να γίνει οξείδωση δεν είναι απαραίτητο το οξυγόνο, αλλά ένα οποιοδήποτε ηλεκτραρ-νητικό στοιχείο, όπως π.χ. το F, που έχει τάση να προσλαμβάνει ηλεκτρόνια. Επίσης, για την αναγωγή ενός σώματος δεν είναι απαραίτητη η παρουσία του υδρογόνου, αλλά ενός οποιουδήποτε ηλεκτροθετικού στοιχείου π.χ. του Na, που έχει τάση να αποβάλλει ηλε-κτρόνια. Πείραμα. Σε ένα (άχρωμο) υδατικό διάλυμα AgNO3 βυθίζουμε μέρος μικρού φύλλου από Cu. Θα παρα-τηρήσουμε ότι με την πάροδο του χρόνου το βυθισμένο τμήμα του φύλλου παίρνει ένα ασημί χρώμα, λόγω της επικάλυψής του από στρώμα μεταλλικού Ag. Ταυτόχρονα, το διάλυμα από άχρωμο γίνεται γαλάζιο (λόγω των ιόντων Cu2+ που σε υδατικό διάλυμα έχουν γαλάζιο χρώμα):

Το όλο φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση,

2AgΝΟ3 + Cu 2Ag + Cu(ΝΟ3)2 ή καλύτερα, λόγω της μετατροπής των αλάτων σε ιόντα (διάσταση):

2Ag+ + 2ΝΟ3– + Cu 2Ag + Cu2+ + 2ΝΟ3 Και πιο απλά: 2Ag+ + Cu 2Ag + Cu2+ Σύμφωνα με την εξίσωση αυτή, ένα άτομο Cu μετατρέπεται σε ιόν Cu2+, αποβάλλοντας δύο ηλεκτρόνια, ενώ ταυτόχρονα δύο ιόντα Ag+ προσλαμβάνουν δύο ηλεκτρόνια (ένα ηλεκτρόνιο ανά άτομο Ag) και με-τατρέπονται σε δύο άτομα Αg. Λέμε ότι ο Cu οξειδώνεται, ενώ ο Ag ανάγεται. Παρά την διεύρυνση στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που προκάλεσε ο προηγούμενος ορισμός, υπάρχουν και άλλες αντιδράσεις που παρουσιάζουν τα χαρακτηριστικά των οξει-δοαναγωγικών αντιδράσεων, αλλά δε μπορούν να συμπεριληφθούν στον ορισμό αυτό, κα-θόσον δε σχηματίζονται ιοντικές ενώσεις. Έστω, π.χ. οι αντιδράσεις:

H2 + Cl2 2HCl και C + O2 CO2

Εξισώσεις (διάστασης): AgΝΟ3 → Ag+ + ΝΟ3– Cu(ΝΟ3)2 → Cu2+ + 2ΝΟ3–

Αν πραγματοποιούσαμε την α-ντίστροφη αντίδραση, βυθίζο-ντας ένα φύλλο Ag σε υδατικό διάλυμα Cu(NO3)2 δεν θα παρα-τηρούσαμε καμία μεταβολή!

άχρωμο διάλυμα ιόντων Ag+

διάλυμα ιόντων Cu2+ (γαλάζιο)

Φύλλο Cu Φύλλο Cu

Σύμφωνα με τον 1ο ορισμό περί οξείδωσης και αναγωγής η 1η αντίδραση χαρακτηρίζε-ται ως αναγωγή του Cl καθό-σον ενώνεται με το Η, ενώ η 2η ως οξείδωση του C καθό-σον ο C ενώνεται με το Ο.

οξείδωση: 2Mg → 2Mg2+ + 4e− αναγωγή: O2 + 4e− → 2O2−

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ

3

Στις αντιδράσεις αυτές σχηματίζονται οι ομοιοπολικές ενώσεις ΗCl και CO2 και επομένως δεν παρατηρείται μεταφορά (αποβολή ή πρόσληψη) ηλεκτρονίων αλλά απλή μετατόπιση φορτίων, λόγω των πολωμένων ομοιοπολικών δεσμών στις μοριακές ενώσεις που σχημα-τίζονται. Για το λόγο αυτό, έχει αναπτυχθεί ένας νέος ορισμός για τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, με βάση τον αριθμό οξείδωσης (ΑΟ). 2. Αριθμός οξείδωσης (ΑΟ) Ο αριθμός οξείδωσης (ΑΟ) ενός ατόμου είναι μια συμβατική έννοια που, όμως, διευκο-λύνει σημαντικά τη μελέτη των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Ορισμός του ΑΟ στις ιοντικές ενώσεις Αριθμός οξείδωσης (ΑΟ) ενός ατόμου (ιόντος) σε μια ιοντική (ετεροπολική) ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος στην ένωση αυτή. Παραδείγματα Το χλωριούχο ασβέστιο είναι μία ιοντική ένωση που σχηματίζεται ως εξής:

2+ 2CaCl

Ca ClCl

Στην ένωση αυτή ισχύει: AO (Ca) = +2, AO (Cl) = −1. Επίσης, στην ιοντική ένωση οξείδιο του μαγνησίου, ΜgO (Mg2+O2‒) ο AO του Mg είναι +2 και ο AO του O είναι −2. Ορισμός του ΑΟ στις ομοιοπολικές ενώσεις Αριθμός οξείδωσης (ΑΟ) ενός ατόμου σε ομοιοπολική ένωση, ονομάζεται το φαινομε-νικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο, αν καθένα από τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων που σχηματίζει το άτομο αυτό με άλλα άτομα αποδοθεί αυθαίρετα στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο (το άτομο που τα έλκει περισσότερο). Σύμφωνα με τον ορισμό, λοιπόν, ο ΑΟ του Cl στο HCl είναι −1, γιατί με τη μετακίνηση του κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων προς το Cl, «προσλαμβάνει» ένα ηλεκτρόνιο (το άλλο ηλεκτρόνιο του ζεύγους ήταν δικό του!), ενώ ο ΑΟ του Η είναι +1, γιατί χάνει ένα ηλε-κτρόνιο:

Ας δούμε και το παράδειγμα του Η2Ο:

Η Ο Η Το Ο είναι πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο από το Η

Σειρά ηλεκτραρνητικότητας F > O > N > Cl > Br > I > C > … > Η … (μέταλλα)

Η Cl δ+ δ

− Το Cl είναι πιο ηλεκτραρνητικό

στοιχείο από το Η


4

Στην ένωση αυτή, το άτομο του Ο σχηματίζει δύο απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς με δύο άτομα Η. Αποδίδοντας τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο του Ο, αυτό φαίνεται να προσλαμβάνει 2 ηλεκτρόνια και επομένως ο ΑΟ του είναι −2. Επίσης, κάθε άτομο Η «χάνει» ένα ηλεκτρόνιο, οπότε ο ΑΟ του είναι +1.

Για την εύρεση του ΑΟ ενός ατόμου σε μία ομοιοπολική ένωση, οι διπλοί και οι τριπλοί δεσμοί υπολογίζονται ξεχωριστά. Έτσι, π.χ. στο μόριο του CO2 (O=C=O), o ΑΟ του C είναι +4, ενώ ο ΑΟ του O είναι −2.

Στα μόρια των στοιχείων, π.χ. του Cl2 (Cl−Cl) δεν υπάρχει, προφανώς, διαφορά ηλεκτραρ-νητικότητας, ανάμεσα στα δύο άτομα, οπότε το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων δεν μπορεί να αποδοθεί σε κανένα από αυτά. Επομένως, στην περίπτωση αυτή: ΑΟ (Cl) = 0. 3. Κανόνες εύρεσης του αριθμού οξείδωσης Ο αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου μπορεί να διαφέρει στις διάφορες ενώσεις που σχη-ματίζει το στοιχείο. Υπάρχουν, όμως, κάποιοι κανόνες που διευκολύνουν την εύρεσή του:

Όλα τα ελεύθερα στοιχεία (και ανεξάρτητα από την ατομικότητά τους) έχουν ΑΟ ίσο με το 0. Π.χ. Na, Cl2, Ρ4 κτλ. Το φθόριο (F) έχει σε όλες τις ενώσεις του ΑΟ = −1, γιατί είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Το οξυγόνο (Ο) στις ενώσεις του έχει ΑΟ = −2, εκτός από την ένωση OF2, στην οποία έχει +2 και στα υπεροξείδια, π.χ. το Η2Ο2, όπου έχει ΑΟ = −1.

Ο AO του υδρογόνου (Η) είναι +1, όταν ενώνεται με αμέταλλα, π.χ. ΗCl και −1 όταν ενώνεται με μέταλλα π.χ. στην ένωση CaH2 (υδρίδιο του ασβεστίου). Τα μέταλλα στις ενώσεις τους έχουν πάντα θετικό ΑΟ. Τα αλκάλια (π.χ. Li, Na, K) έχουν ΑΟ = +1 και οι αλκαλικές γαίες (π.χ. Ca, Mg) έχουν ΑΟ = +2. Τα στοιχεία μετά-πτωσης παρουσιάζουν, γενικά, πολλούς ΑΟ, ανάλογα με την ένωση στην οποία συμμετέ-χουν. Π.χ. στις ενώσεις FeO και Fe2O3 ο Fe παρουσιάζει ΑΟ +2 και +3, αντίστοιχα. Τα αμέταλλα, όταν ενώνονται με μέταλλα, παρουσιάζουν αρνητικό ΑΟ. (π.χ. στην έ-νωση Κ2S το S έχει ΑΟ = −2), ενώ όταν ενώνονται με αμέταλλα μπορούν να έχουν είτε θετικό είτε αρνητικό ΑΟ. Π.χ. το Cl στην ένωση Cl2O έχει ΑΟ = +1, ενώ στην ένωση PCl3 έχει ΑΟ = −1. Γενικά, τα περισσότερα αμέταλλα εμφανίζουν πολλούς αριθμούς οξείδω-σης, όταν όμως σχηματίζουν ενώσεις με μέταλλα έχουν αρνητικούς ΑΟ.

ΠΙΝΑΚΑΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ

ΜΕΤΑΛΛΑ ΑΜΕΤΑΛΛΑ Κ, Νa, Ag : +1 Mg, Ca, Ba, Zn : +2 Αl : +3 Fe : +2 ή +3 Cu : +1 ή +2

F : −1 Cl, Br, I : −1 (όταν ενώνονται με μέταλλα) Η : +1 (εκτός αν ενώνεται με μέταλλα, οπότε έ-χει ΑΟ = −1) Ο : −2 (εκτός από τις ενώσεις ΟF2 και Η2Ο2, στις οποίες έχει ΑΟ = +2 και −1, αντίστοιχα)

Στο Η2Ο2 κάθε άτομο οξυγό-νου σχηματίζει δύο ομοιοπο-λικούς δεσμούς. Στο δεσμό με το άλλο άτομο Ο δεν υπάρχει διαφορά ηλεκτραρνητικότη-τας, οπότε το κοινό ζεύγος η-λεκτρονίων δεν μπορεί να α-ποδοθεί σε κανένα από τα δύο άτομα Ο. Επομένως, ΑΟ (Ο) = −1.

ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΠΟΛΥΑΤΟΜΙΚΑ ΙΟΝΤΑ

ΝΟ3−: νιτρικό SO42−: θειικό CO32−: ανθρακικό PO43−: φωσφορικό OH−: υδροξείδιο HCO3−: όξινο ανθρακικό CN−: κυάνιο NH4+: αμμώνιο


5

Αλγεβρικός υπολογισμός του ΑΟ Σε μια ένωση, το αλγεβρικό άθροισμα των ΑΟ όλων των ατόμων είναι ίσο με το μηδέν, ενώ το άθροισμα των ΑΟ των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος. Παραδείγματα α) Για να υπολογίσουμε αλγεβρικά τον ΑΟ του C (έστω x) στην ένωση Νa2CO3 θεωρούμε ότι ο ΑΟ του Na είναι ίσος με +1 και του Ο είναι −2 (βλ. προηγούμενο πίνακα). Επομένως:

2(+1) + x + 3(−2) = 0, x = 4

β) Υπολογισμός του ΑΟ του Cr στην ένωση Κ2Cr2O7:

2(+1) + 2x + 7(−2) = 0, x = 6

γ) Υπολογισμός του ΑΟ του Ρ στην ένωση Ca3(PO4)2:

3(+2) + 2x + 2ꞏ4(−2) = 0, x = 5

δ) Υπολογισμός του ΑΟ του Ν στο ιόν NO3:

x + 3(−2) = −1, x = 5

ε) Υπολογισμός του ΑΟ του Ν στο ιόν ΝΗ4+:

x + 4(+1) = 1, x = −3

Εφαρμογή 1

Να υπολογίσετε αλγεβρικά τον ΑΟ των στοιχείων με έντονα γράμματα στις εξής ενώσεις και ιόντα: H2SO4, ΑlPO4, SO2,, Cr2O72, Κ2S2O3 και ΡH4+.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ: +6, +5, +4, +6, +2 και −3. 4. Ο αριθμός οξείδωσης του C στις οργανικές ενώσεις Γενικά, ο ΑΟ του C στις οργανικές ενώσεις παρουσιάζει μεγάλη μεταβλητότητα, από ‒4 έως +4. Όταν η οργανική ένωση διαθέτει ένα μόνο άτομο C, ο ΑΟ του μπορεί να υπολο-γιστεί αλγεβρικά, κατά τα γνωστά:

CH4 : x + 4 = 0, x = −4 CH3OH : x + 4(+1) − 2 = 0, x = −2 HCHO : 2(+1) + x − 2 = 0, x = 0 HCOOH : 2 + x + 2(−2) = 0, x = +2 CHCl3 : x + 1 + 3(−1) = 0, x = +2

Στις οργανικές ενώσεις, όμως, που περιέχουν δύο ή περισσότερα άτομα C, οι ΑΟ τους μπορεί να είναι διαφορετικοί. Στις περιπτώσεις αυτές, ο ΑΟ υπολογίζεται σύμφωνα με τον ορισμό του ΑΟ στις ομοιοπολικές ενώσεις και με βάση το συντακτικό τύπο της ένω-σης. Π.χ. στην ένωση CH3CH2OH (αιθανόλη) ο ΑΟ του C(2) υπολογίζεται ως εξής:

H ένωση Na3[Fe(CN)6] είναι ιοντική και αποτελείται από 3 κατιόντα Νa+ και ένα ανιόν [Fe(CN)6]3–. To ανιόν αποτε-λείται από 6 ιόντα CN− και ένα ιόν Fe, συνδεδεμένα με-ταξύ τους. O AO του Fe υπο-λογίζεται ως εξής: x + 6(−1) = −3, x = +3.


6

Ο C(2) σχηματίζει 3 δεσμούς με αντίστοιχα άτομα Η και ένα δεσμό με το άλλο άτομο C(1). Τα ηλεκτρόνια που αντιστοιχούν στους δεσμούς C−H αποδίδονται στο πιο ηλεκτραρνη-τικό άτομο του C με αποτέλεσμα το άτομο αυτό να φαίνεται να προσλαμβάνει 3 ηλεκτρό-νια και να αποκτά φαινομενικό φορτίο −3. Να σημειωθεί ότι ο δεσμός C(1)−C(2) είναι μεταξύ ίδιων ατόμων και δεν συμμετέχει στον υπολογισμό του ΑΟ.

Άρα, ο ΑΟ του C(2) είναι −3. Στην ίδια ένωση ο ΑΟ του C(1) υπολογίζεται ως εξής:

Δηλαδή ο ΑΟ του C(1) είναι −1, καθόσον προσλαμβάνει 2 ηλεκτρόνια από τους δύο δε-σμούς C(1) − Η και αποβάλει ένα ηλεκτρόνιο προς το άτομο Ο που είναι ηλεκτραρνητικό-τερο στοιχείο.

Εφαρμογή 2 Να υπολογίσετε τον ΑΟ των ατόμων C στην οργανική ένωση που ακολουθεί (μεθυλοπροπε-νικό οξύ):

ΑΠΑΝΤΗΣΗ: C(1): +3, C(2): 0, C(3): −2, C(4): −3.

Εφαρμογή 3 Να υπολογίσετε τον ΑΟ των ατόμων C στην ένωση C3H8 (προπάνιο) με την αλγεβρική μέ-θοδο. Να εξηγήσετε γιατί το αποτέλεσμα δεν είναι αποδεκτό. ΑΠΑΝΤΗΣΗ: Σύμφωνα με τον αλγεβρικό υπολογισμό του ΑΟ, έχουμε:

C3H8 : 3x + 8 = 0, x = −8/3

Με βάση, λοιπόν, τον αλγεβρικό υπολογισμό, ο ΑΟ των ατόμων C είναι κλασματικός α-ριθμός, καθώς όλα τα άτομα άνθρακα στο μόριο του C3H8 δεν έχουν τον ίδιο ΑΟ. Mε βάση το συντακτικό τύπο,

H ερώτηση της ημέρας: Ποιος είναι ο αριθμός οξείδωσης του Ο στη διπλανή οργανική έ-νωση;

Σειρά ηλεκτραρνητικότητας: O > C > H


7

υπολογίζουμε ότι ο ΑΟ των C(1) και C(3) είναι ίσος με −3, ενώ ο ΑΟ του C(2) είναι ίσος με −2. Η τιμή −8/3 αντιστοιχεί απλά στο μέσο όρο των ΑΟ των τριών ατόμων C και προ-κύπτει ως εξής:

38

3)2()3(2

5. Σύγχρονος (3ος) ορισμός των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι οι αντιδράσεις στις οποίες μεταβάλλεται ο ΑΟ τουλά-χιστον δύο ατόμων ή ιόντων. Η μεταβολή αυτή του ΑΟ πραγματοποιείται, είτε μέσω με-ταβίβασης ηλεκτρονίων (ιοντικός δεσμός), είτε μέσω μετατόπισης κοινού ζεύγους ηλε-κτρονίων ομοιοπολικού δεσμού προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο. Έτσι, ο (3oς) ορισμός που καλύπτει όλες τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις σήμερα είναι ο εξής: Οξείδωση είναι η αύξηση του ΑΟ ατόμου ή ιόντος σε μία αντίδραση. Αναγωγή είναι η μείωση του ΑΟ ατόμου ή ιόντος σε μία αντίδραση. Σε μία οξειδοαναγωγική αντίδραση ένα σώμα (ένωση ή και στοιχείο) λέμε ότι οξειδώνεται όταν αυξάνεται ο ΑΟ σε ένα από τα άτομα που το απαρτίζουν. Το σώμα που προκαλεί την οξείδωση αυτή λέγεται οξειδωτικό μέσο. Κατ’ αντιστοιχία, ένα σώμα λέμε ότι ανά-γεται όταν επέρχεται ελάττωση του ΑΟ σε ένα από τα άτομα που το απαρτίζουν. Το σώμα που προκαλεί την αναγωγή αυτή λέγεται αναγωγικό μέσο. Τα φαινόμενα οξείδωσης και αναγωγής είναι αλληλένδετα. Σε μία αντίδραση οξειδοανα-γωγής το σώμα που οξειδώνεται προκαλεί την αναγωγή ενός άλλου σώματος, δηλαδή συ-μπεριφέρεται ως αναγωγικό μέσο. Αντιθέτως, το σώμα που ανάγεται προκαλεί την οξεί-δωση ενός άλλου σώματος, δηλαδή συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό μέσο. Μπέρδεμα; Όχι ιδιαίτερα, αν δούμε τα κατάλληλα παραδείγματα. Ας δούμε μία αντίδραση, που ήδη ξέρουμε, για να εφαρμόσουμε όσα μάθαμε, μια αντί-δραση απλής αντικατάστασης:

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Στην οξειδοαναγωγική αυτή αντίδραση, ο Zn οξειδώνεται, καθώς ο ΑΟ του αυξάνεται από 0 σε +2, ενώ το Η (στο HCl) ανάγεται από +1 σε 0 (στο Η2). Ο Zn είναι αναγωγικό σώμα γιατί προκαλεί την αναγωγή του υδρογόνου. Το ΗCl είναι οξειδωτικό σώμα γιατί προκαλεί την οξείδωση του Zn. Π. Κονδύλης, Π. Λατζώνης, Χημεία Γ΄ Λυκείου, τεύχος Γ1

Η διπλανή αντίδραση παριστά-νεται πιο απλά ως εξής: Zn + 2H+→ Zn2+ + H2 (τα ιόντα Cl− που συνυπάρχουν δε συμμετέχουν στην αντί-δραση).

+2 0 0 +1


8

Εφαρμογή 4

Παρατηρήστε την αντίδραση: 3Η2S + 2ΗNΟ3 3S + 2NΟ + 4Η2Ο. α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση αυτή είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής. β) Ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται; γ) Ποιο είναι το οξειδωτικό σώμα και ποιο το αναγωγικό;

ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Παρατηρούμε ότι ο ΑΟ του S στο H2S είναι ‒2, ενώ στα προϊόντα σχηματίζεται το στοιχείο S του οποίου ο ΑΟ είναι 0. Επίσης, στο ΗΝΟ3 το Ν έχει ΑΟ = +5, ενώ στα προϊ-όντα σχηματίζεται το ΝΟ στο οποίο το Ν εμφανίζει ΑΟ = +2.

β) Το Ν στην παραπάνω αντίδραση ανάγεται, καθώς ο ΑΟ του μειώνεται από +5 σε +2. Αντίθετα, το S οξειδώνεται, γιατί ο ΑΟ του αυξάνεται από −2 σε 0.

γ) Το ΗNΟ3 λέμε ότι είναι οξειδωτικό σώμα, γιατί προκαλεί την οξείδωση του S στο Η2S. To H2S είναι το αναγωγικό σώμα, καθώς προκαλεί την αναγωγή του Ν στο ΗΝΟ3. 6. Πότε μία αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και πότε όχι; Είπαμε ότι οξειδοαναγωγικές είναι οι αντιδράσεις στις οποίες συμβαίνει μεταβολή του ΑΟ σε δύο από τα στοιχεία που συμμετέχουν στην αντίδραση. Στο ένα από αυτά τα στοιχεία αυξάνεται ο ΑΟ ενώ στο άλλο μειώνεται.

Πάντως, υπάρχουν αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο ΑΟ σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν. Οι αντιδράσεις αυτές ονομάζονται μεταθετικές ή μη οξειδο-αναγωγικές. Τέτοιες είναι π.χ. οι αντιδράσεις εξουδετέρωσης και οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης, ενώ αντίθετα οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης είναι οξειδοαναγω-γικές.

Οι αντιδράσεις σχηματισμού μιας ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία είναι αντι-δράσεις οξειδοαναγωγής. Π.χ. η αντίδραση 2Η2 + Ο2 2Η2Ο, είναι οξειδοαναγωγική α-ντίδραση, καθώς το Η οξειδώνεται (από 0 σε +1), ενώ το Ο ανάγεται (από 0 σε −2). Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης είναι επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Π.χ. η αντίδραση: 2ΝΗ3 Ν2 + 3Η2, είναι οξειδοαναγωγική. Στην αντίδραση αυτή το Ν οξειδώνεται από −3 σε 0, ενώ το Η ανάγεται από +1 σε 0.

Οι αντιδράσεις διάσπασης, στις οποίες μια ένωση διασπάται σε άλλες απλούστερες ενώσεις ή και στοιχεία, μπορεί να είναι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις ή όχι. Π.χ. η διά-σπαση του χλωρικού καλίου, ΚClΟ3 2ΚCl + 3O2 είναι οξειδοαναγωγική αντίδραση, ενώ η διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου, CaCO3 CaO + CO2, δεν είναι:

2ΚClΟ3 2ΚCl + 3O2

Στην αντίδραση αυτή, το Cl ανάγεται από +5 σε −1, ενώ το Ο οξειδώνεται από −2 σε 0.

CaCO3 CaO + CO2

Τα στοιχεία που συμμετέχουν στην προηγούμενη αντίδραση δεν μεταβάλλουν τον ΑΟ τους και επομένως δεν είναι οξειδοαναγωγική.

+1 +5 −2 +1 −1 0

+2 +4 −2 +2 −2 +4 −2


9

7. Εύρεση συντελεστών σε μία οξειδοαναγωγική αντίδραση Έστω ότι έχουμε τα αντιδρώντα και τα προϊόντα μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης και θέλουμε να βάλουμε τους συντελεστές, να κάνουμε δηλαδή ισοστάθμιση μάζας. Γενικά, σε μια πολύπλοκη αντίδραση οξειδοαναγωγής, π.χ. με 5 ή και περισσότερα αντιδρώντα και προϊόντα σώματα, δεν είναι μια απλή υπόθεση. Συνήθως, εκτελούμε τη διαδικασία που ακολουθεί: 1. Έστω η οξειδοαναγωγική αντίδραση:

Η2S + ΗNΟ3 S + NΟ + Η2Ο

Αρχικά, επισημαίνουμε το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο του ανάγεται. Το S από AO = −2 που έχει στο H2S πηγαίνει σε 0 (S), ενώ το Ν από +5 που έχει στο ΗΝΟ3 πηγαίνει σε +2 (στο ΝΟ). Στα άλλα στοιχεία δεν υπάρχει μεταβολή ΑΟ.


2. Σημειώνουμε τις μεταβολές στους ΑΟ. Σύμφωνα με τα παραπάνω, οι μεταβολές στους ΑΟ είναι κατά 2 στο S και κατά 3 στο Ν (κατ΄ απόλυτη τιμή):


3. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε τον εξής κανόνα: Η μεταβολή του ΑΟ του S (2) πηγαίνει συντελεστής στο Ν, ενώ η μεταβολή του ΑΟ του Ν (3) πηγαίνει συντελεστής στο S:


3Η2S + 2ΗNΟ3 3S + 2NΟ + Η2Ο

4. Συμπληρώνουμε τους συντελεστές που λείπουν, κατά τα γνωστά:

3Η2S + 2ΗNΟ3 3S + 2NΟ + 4Η2Ο

Προσοχή θα πρέπει να λαμβάνεται σε περιπτώσεις κατά τις οποίες ένα στοιχείο εμφανί-ζεται στα προϊόντα και με τον αρχικό του ΑΟ. Π.χ. στην οξειδοαναγωγική αντίδραση,

Cu + HΝΟ3 Cu(ΝΟ3)2 + ΝO2 + H2O

το στοιχείο Ν ανάγεται από +5 (στο ΗΝΟ3) σε +4 (στο ΝΟ2). Παράλληλα, όμως, εμφανί-ζεται στο 2ο μέλος της εξίσωσης και με τον αρχικό του ΑΟ (+5), στο προϊόν Cu(ΝΟ3)2. Στην περίπτωση αυτή, θα βάλουμε συντελεστή στο ΗΝΟ3 αφού έχουμε βάλει συντελεστές σε όλες τις ενώσεις του 2ου μέλους, όπου εμφανίζεται το Ν:

Η διπλανή διαδικασία εξα-σφαλίζει ότι ο αριθμός των η-λεκτρονίων που αποβάλλο-νται από το σώμα που οξειδώ-νεται (αναγωγικό σώμα) ισού-ται με τον αριθμό ηλεκτρο-νίων που προσλαμβάνει το σώμα που ανάγεται (οξειδω-τικό μέσο).

+5 0 +4 +2

+5 0 +2 −2

3

2

3

NO2

Επίδραση πυκνού διαλύματος HNO3 σε Cu. Παρατηρείται η έκλυση NO2 (καφέ αέριο).

2

+5


10

Cu + HΝΟ3 Cu(ΝΟ3)2 + ΝO2 + H2O

1Cu + HΝΟ3 1Cu(ΝΟ3)2 + 2ΝO2 + H2O 1Cu + 4HΝΟ3 1Cu(ΝΟ3)2 + 2ΝO2 + H2O Cu + 4HΝΟ3 Cu(ΝΟ3)2 + 2ΝO2 + 2H2O

Προσοχή επίσης θα πρέπει να λαμβάνεται σε περιπτώσεις κατά τις οποίες το στοιχείο που οξειδώνεται ή ανάγεται εμφανίζεται με δείκτη διάφορο του 1 (συνήθως 2). Π.χ. στην ο-ξειδοαναγωγική αντίδραση,

ΜnO2 + HCl MnCl2 + Cl2 + H2O

η μεταβολή του ΑΟ του Mn διαιρείται με το δείκτη 2 του Cl2 πριν πάει συντελεστής:

1ΜnO2 + HCl 1MnCl2 + 1Cl2 + H2O ΜnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + H2O ΜnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Παρατήρηση: Αν προκύπτουν κλασματικοί συντελεστές, διπλασιάζουμε τις μεταβολές των ΑΟ, ώστε οι συντελεστές να γίνουν (οι μικρότεροι δυνατοί) ακέραιοι. Οι παραπάνω διαδικασίες για την εύρεση των συντελεστών μιας πολύπλοκης οξειδοανα-γωγικής αντίδρασης λέγεται μέθοδος του αριθμού οξείδωσης και εξασφαλίζει ότι «η συ-νολική μεταβολή του ΑΟ του οξειδωτικού ισούται με τη συνολική μεταβολή του ΑΟ του αναγωγικού». 8. Μερικά οξειδωτικά και αναγωγικά σώματα Σε πολλές περιπτώσεις οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων η συμπεριφορά των οξειδωτικών ή των αναγωγικών σωμάτων είναι η ίδια, ανεξάρτητα από το αναγωγικό ή το οξειδωτικό μέσο με το οποίο αλληλεπιδρούν. Παραδείγματα οξειδωτικών μέσων

1) ΚMnO4 (υπερμαγγανικό κάλιο) παρουσία οξέος, π.χ. HCl, H2SO4 κτλ. Στις αντιδρά-σεις αυτές το Μn ανάγεται από +7 σε +2, σχηματίζοντας άλατα με το ανιόν το οξέος (ΜnCl2, MnSO4 κτλ. Το Κ δεν μεταβάλλει τον ΑΟ και εμφανίζεται στα προϊόντα με τη μορφή άλατος (KCl, K2SO4 κτλ.). Παράλληλα, επέρχεται αποχρωματισμός του ιώδους διαλύματος του ΚMnO4, καθώς τα άλατα του Mn2+ είναι άχρωμα.

+4 −1 +2 0

2

1

2 : 2 = 1

2

1


11

2) Κ2Cr2O7 (διχρωμικό κάλιο) παρουσία οξέος, π.χ. HCl, H2SO4 κτλ. Στις αντιδράσεις αυτές το Cr ανάγεται από +6 σε +3, σχηματίζοντας άλατα του τύπου CrCl3, Cr2(SO4)3 κτλ. Το Κ δεν μεταβάλλει τον ΑΟ και σχηματίζει άλατα, KCl, K2SO4 κτλ. Παράλληλα, επέρ-χεται μεταβολή χρώματος του διαλύματος από πορτοκαλί (Κ2Cr2O7) σε πράσινο (άλατα του Cr3+).

3) Οξείδια μετάλλων, π.χ. CuO. Παρουσία αναγωγικού ο Cu ανάγεται από +2 σε 0.

Παραδείγματα αναγωγικών μέσων 1) Το μονοξείδιο του άνθρακα, CO, το οποίο παρουσία οξειδωτικού μετατρέπεται σε CO2. Στην αντίδραση αυτή, ο C οξειδώνεται από +2 σε +4. 2) Η αμμωνία, ΝΗ3, η οποία παρουσία οξειδωτικού μετατρέπεται, συνήθως, σε αέριο Ν2. Στην αντίδραση αυτή, το Ν οξειδώνεται από −3 σε 0. 3) Άλατα του Fe2+, τα οποία παρουσία οξειδωτικού οξειδώνονται σε άλατα του Fe3+. 9. Πλήρεις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

1) Οξείδωση ΝΗ3 από CuO

2NH3 + 3CuO N2 + 3Cu + 3Η2Ο

2) Οξείδωση CO από διάλυμα ΚΜnO4, παρουσία H2SO4

2KMnO4 + 5CO + 3H2SO4 2MnSO4 + 5CO2 + 1K2SO4 + 3H2O

Στην περίπτωση αυτή, ο συντελεστής στο H2SO4 μπαίνει αφού έχουμε βάλει συντελεστές σε όλες τις ενώσεις που περιέχουν S, ενώ ο συντελεστής στο Η2Ο μπαίνει στο τέλος. Να σημειωθεί πάλι ότι το διάλυμα του ΚΜnO4 είναι ιώδες (μωβ) και όταν εκτελεί την οξει-δωτική του δράση αποχρωματίζεται καθώς τα ιόντα Μn2+ είναι άχρωμα.

3) Οξείδωση FeCl2 από διάλυμα Κ2Cr2O7, παρουσία HCl

Στην περίπτωση αυτή, οι μεταβολές των ΑΟ θα πρέπει να διπλασιαστούν ώστε να μην προκύψει κλασματικός συντελεστής (στο K2Cr2O7):

K2Cr2O7 + 6FeCl2 + 14HCl 2CrCl3 + 6FeCl3 + 2KCl + 7H2O

Στην ΝΗ3 το Ν οξει-δώνεται από −3 σε 0

(Ν2). Για το λόγο αυτό, η ΝΗ3 λειτουργεί ως α-

ναγωγικό σώμα!

3

2:2 = 1

5

2

3x2 = 6

1x2 = 2

Στο K2Cr2O7 ο συντελεστής που θα έμπαινε θα ήταν 1/2 (γιατί ο δείκτης στο Cr είναι 2). Για την αποφυγή κλασματικών συντελεστών διπλασιάζουμε τις μεταβολές των ΑΟ.


12

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

1. Να χαρακτηριστούν οι αντιδράσεις που ακολουθούν ως οξειδοαναγωγικές ή όχι. Στην περίπτωση οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων να επισημανθεί ποιο στοιχείο οξει-δώνεται και ποιο ανάγεται. α) C + O2 CO2 β) 2Κ + F2 2ΚF γ) Ca(OH)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O δ) CO2 + Mg(OH)2 MgCO3 + H2O ε) C + 2H2SO4 CO2 + 2SO2 + 2H2O ΑΠΑΝΤΗΣΗ Όλες είναι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις εκτός από τις περιπτώσεις γ και δ, που αντιστοι-χούν σε μεταθετικές αντιδράσεις (εξουδετέρωσης). Στις δύο αυτές περιπτώσεις δεν υπάρ-χει μεταβολή του ΑΟ σε κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν. α) Ο C οξειδώνεται από 0 σε +4 και το Ο ανάγεται από 0 σε −2. β) Το Κ οξειδώνεται από 0 σε +1 και το F ανάγεται από 0 σε −1. ε) Ο C οξειδώνεται από 0 σε +4 και το S ανάγεται από +6 (στο H2SO4) σε +4 (στο SO2). 2. Δίνονται οι αντιδράσεις 1, 2 και 3 που ακολουθούν. 1. 2Al(s) + 3Cu2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Cu(s) 2. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 3. ClO3−(aq) + 6H+(aq) + 6I−(aq) Cl−(aq) + 3H2O(ℓ) + 3I2(s) Να εξετάσετε αν οι αντιδράσεις είναι οξειδοαναγωγικές ή όχι σημειώνοντας ποιο είναι το ο-ξειδωτικό και ποιο είναι το αναγωγικό σώμα. Να αναφέρετε τις μεταβολές στους ΑΟ. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αντίδραση 1. Οξειδοαναγωγική αντίδραση. Οξειδωτικό σώμα είναι το ιόν Cu2+ και ανα-γωγικό το Al. Ανάγεται ο χαλκός από +2 σε 0 και οξειδώνεται το αργίλιο από 0 σε +3.

Αντίδραση 2. H αντίδραση δεν είναι οξειδοαναγωγική, καθώς κανένα από τα στοιχεία που συμμετέχουν δεν μεταβάλλει τον ΑΟ του.

Αντίδραση 3. Οξειδοαναγωγική αντίδραση. Οξειδωτικό σώμα είναι το ιόν ClO3− και ανα-γωγικό το ιόν Cl−. Ανάγεται το χλώριο από +5 στο ιόν ClO3− σε −1 στο Cl− και οξειδώνεται το ιώδιο από −1 στο Ι− σε 0 στο Ι2.

3. α) Η αντίδραση, CH3CH=O + H2 CH3CH2OH, χαρακτηρίζεται ως αναγωγή της αιθανάλης. Να εξηγήσετε γιατί, σύμφωνα με τον 1ο και τον 3ο ορισμό. β) Να εξηγήσετε γιατί η πλήρης προσθήκη HCl σε CH≡CH,

CH≡CH + 2HCl CH3CHCl2

χαρακτηρίζεται ως οξειδοαναγωγική αντίδραση. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Σύμφωνα με τον 1ο ορισμό η αντίδραση χαρακτηρίζεται ως αναγωγή καθώς η αιθανάλη προσλαμβάνει δύο άτομα Η. Στην ίδια αντίδραση το άτομο C της αλδεϋδομάδας (−CΗ=Ο) ανάγεται καθώς ο ΑΟ μειώνεται από +1 σε −1. Ταυτόχρονα, το Η οξειδώνεται από 0 (στο Η2) σε +1.


13

β) Στο CH≡CH και τα 2 άτομα C έχουν ΑΟ = −1, λόγω του δεσμού C – H (ο τριπλός δεσμός C≡C είναι μεταξύ ίδιων ατόμων τα οποία έχουν την ίδια ηλεκτραρνητικότητα και επομένως δεν συμμετέχει στον υπολογισμό του ΑΟ). Στην ένωση CH3CHCl2 οι ΑΟ των δύο ατόμων C διαφοροποιούνται. Το άτομο C που σχηματίζει 3 δεσμούς C − H έχει ΑΟ = −3, ενώ το άτομο C που σχηματίζει δύο δεσμούς με δύο άτομα Cl έχει ΑΟ = +1. Επομένως, το ένα από τα δύο άτομα C ανάγεται από −1 σε −3 και το άλλο οξειδώνεται από −1 σε +1. 4. Να γράψετε το κύριο προϊόν της αντίδρασης προσθήκης HBr στο προπένιο (CH3CH=CH2), σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov. Nα εξηγήσετε γιατί η α-ντίδραση αυτή μπορεί να χαρακτηριστεί ως οξειδοαναγωγική, επισημαίνοντας ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο προπένιο ο C(1) έχει ΑΟ = −2 και ο C(2) έχει ΑΟ = −1. Το κύριο προϊόν της αντί-δρασης είναι το 2-βρωμοπροπάνιο, στο οποίο ο C(1) έχει ΑΟ = −3 και ο C(2) έχει ΑΟ = 0. Με άλλα λόγια, ο C(1) ανάγεται και ο C(2) οξειδώνεται. Τα υπόλοιπα στοιχεία δεν μεταβάλλουν τον ΑΟ τους.

5. Να προβλέψετε αν ένα διάλυμα FeSO4 1 M όγκου 100 mL μπορεί να αποχρωμα-τίσει ή όχι ένα άλλο διάλυμα ΚMnO4 0,2 Μ όγκου 300 mL, οξινισμένο με H2SO4. ΛΥΣΗ Υπολογίζουμε την ποσότητα (σε mol) του FeSO4 που υπάρχουν στα 100 mL διαλύματος 1 M: n1 = 0,1ꞏ1 = 0,1 mol FeSO4. Mε ανάλογο τρόπο υπολογίζουμε τον αριθμό mol που υπάρχουν στα 300 mL του διαλύματος ΚMnO4 0,2 Μ: n2 = 0,3ꞏ0,2 = 0,06 mol ΚMnO4.

2ΚMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O 0,02 mol 0,1 mol

Σύμφωνα με τη στοιχειομετρία της αντίδρασης, τα 0,1 mol FeSO4 αντιδρούν πλήρως με 0,02 mol ΚMnO4. Επομένως, το διάλυμα που περιέχει 0,06 mol ΚMnO4 δεν μπορεί να αποχρωματιστεί, καθώς απομένουν (0,06 − 0,02) mol KMnO4 και επομένως παραμένει ιώδης χρωματισμός.

6. 10 g δείγματος θείου (S), που περιέχει και ποσότητα αδρανών προσμίξεων, καίγε-ται πλήρως και το παραγόμενο SO2 αντιδρά πλήρως με διάλυμα Cl2. Σχηματίζεται έτσι διάλυμα με δύο οξέα, το ΗCl και το H2SO4, για την πλήρη εξουδετέρωση των οποίων απαιτούνται 600 mL διαλύματος NaOH 2 Μ. α) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις όλων των παραπάνω αντιδράσεων και να χαρα-κτηριστούν ως οξειδοαναγωγικές ή όχι. β) Να υπολογιστεί η % w/w περιεκτικότητα του δείγματος θείου σε καθαρό S. Σχε-τική ατομική μάζα, S:32.


14

ΛΥΣΗ α) S + O2 → SO2 : οξειδοαναγωγική.

SO2 + Cl2 + H2O → 2HCl + H2SO4 : οξειδοαναγωγική, HCl + NaOH → NaCl + H2O : μεταθετική (εξουδετέρωση), Η2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O : μεταθετική (εξουδετέρωση).

β) Έστω x mol καθαρού S στο δείγμα των 10 g.

S + O2 → SO2 SO2 + Cl2 + 2H2O → 2HCl + H2SO4 x mol x mol x mol 2x x

HCl + NaOH → NaCl + H2O Η2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O 2x 2x x 2x

Η συνολική ποσότητα NaOH που απαιτείται για την εξουδετέρωση και των δύο οξέων είναι, επομένως, 4x mol. Επίσης, η ποσότητα του NaOH που περιέχεται στο διάλυμά του είναι: n(NaOH) = cꞏV = 2ꞏ0,6 = 1,2 mol. Επομένως, ισχύει: 4x = 1,2, x = 0,3 mol, που αντιστοιχεί σε 0,3ꞏ32 = 9,6 g S.

Στα 10 g δείγματος έχουμε 9,6 g καθαρού S Στα 100 g x = ; 96 g

Άρα, η περιεκτικότητα του δείγματος σε καθαρό S είναι 96% w/w.

7. Κράμα Ag και Ζn έχει μάζα 3,89 g. Όλη η ποσότητα του κράματος κατεργάζεται με διάλυμα HCl, οπότε αντιδρά πλήρως ο Zn, σύμφωνα με την εξίσωση,

Ζn + 2HCl → ZnCl2 + H2,

ενώ ο Ag δεν αντιδρά. Από την αντίδραση προκύπτουν 0,224 L αερίου Η2, σε STP. Στη συνέχεια, ο Αg που υπήρχε στο κράμα αντιδρά πλήρως με διάλυμα HNO3, σύμ-φωνα με την εξίσωση:

Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O, χωρίς συντελεστές.

α) Nα υπολογιστεί η μάζα κάθε συστατικού στο αρχικό κράμα. β) Ποιος όγκος του αερίου ΝΟ, σε STP, που προκύπτει από τη δεύτερη αντίδραση; Σχετικές ατομικές μάζες, Cu: 65, Ag:108. ΛΥΣΗ α) H ποσότητα του Η2 είναι: n = 0,224/22,4 = 0,01 mol.

Ζn + 2HCl → ZnCl2 + H2 0,01 0,01 mol

Η μάζα του Zn είναι 0,01ꞏ65 = 0,65 g. Επομένως, η μάζα του Ag θα είναι: 3,89 – 0,65 = 3,24 g.

β) n(Ag) = 3,24/108 = 0,03 mol. 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + H2O

0,03 mol 0,01 mol V(NO) = 0,01ꞏ22,4 = 0,224 L.


15

8. α) 25 mL διαλύματος K2Cr2O7 συγκέντρωσης 1/3 M αντιδρούν πλήρως με 0,05 mol μεταλλικού υδραργύρου (Hg), παρουσία HCl, παράγοντας ένωση του τύπου HgClx. Nα υπολογιστεί η τιμή του x. β) Αν η οξείδωση του Hg γίνει σε διαφορετικές συνθήκες, ώστε να παράγεται μίγμα χλωριούχων ενώσεων μονοσθενούς και δισθενούς Hg και τα 0,05 mol Hg οξειδώνο-νται πλήρως από 45 mL διαλύματος K2Cr2O7 1/3 M, παρουσία HCl, να υπολογιστεί το % ποσοστό του Hg που οξειδώνεται σε δισθενή Hg. ΛΥΣΗ α) Το διάλυμα του K2Cr2O7 περιέχει n = 0,025/3 mol K2Cr2O7.

6Hg + xK2Cr2O7 + 14xHCl → 6HgClx + 2xCrCl3 + 2xKCl + 7xH2O

0,05 x 0,056

Ισχύει: x 0,056 =

0,0253

Επομένως: x = 1. β) Έστω ότι από τα 0,05 mol Ηg, y mol οξειδώνονται σε δισθενή υδράργυρο (ΗgCl2) και τα υπόλοιπα (0,05 – y) mol οξειδώνονται σε μονοσθενή (HgCl).

3Hg + K2Cr2O7 + 14HCl → 3HgCl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O

y y3

6Hg + K2Cr2O7 + 14HCl → 6HgClx + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O

(0,05 – y) 0,05 y

6

y 0,05 y 0,0453 6 3

, y 0,04 mol

To ποσοστό του Hg που οξειδώνεται σε δισθενή είναι:

0,04 100 80%0,05


16

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

1.1. Ο AO ενός αμετάλλου που συμμετέχει σε ιοντική έ-νωση ισούται: A) με το φορτίο του πυρήνα του B) με τον αριθμό ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στιβάδας Γ) με τον αριθμό ηλεκτρονίων που αποβάλλει το άτομο του αμετάλλου κατά το σχηματισμό του ιοντικού δεσμού Δ) με το ηλεκτρικό του φορτίο μετά το σχηματισμό του δε-σμού 1.2. Στις ομοιοπολικές ενώσεις ο AO κάθε ατόμου ισούται με: A) το ηλεκτρικό του φορτίο B) το φαινομενικό του φορτίο μετά την απόδοση των κοινών ηλεκτρονίων στα πιο ηλεκτραρνητικά άτομα Γ) τον αριθμό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στιβάδας Δ) τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συνεισφέρει το άτομο 1.3. Το Cl στην ένωση ΝaCl έχει αρνητικό AO διότι: A) κατά τη δημιουργία του ιοντικού δεσμού αποβάλλει ένα ηλεκτρόνιο B) έχει πραγματικό φορτίο −1 Γ) είναι λιγότερο ηλεκτραρνητικό από το Na Δ) το Cl εμφανίζει πάντα AO = −1 1.4. Στο μόριο Cl2 κάθε άτομο Cl έχει AO ίσο με: A) +1, διότι κατά το σχηματισμό του δεσμού μεταξύ των δύο ατόμων Cl εμφανίζεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων B −1, διότι κατά το σχηματισμό του δεσμού μεταξύ των δύο ατόμων Cl εμφανίζεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Γ) 0, διότι το μόριο Cl2 είναι ηλεκτρικά ουδέτερο Δ) 0, διότι έχει σχηματιστεί ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ α-τόμων του ίδιου στοιχείου 1.5. Στην ένωση Ca(HSO3)2 το υδρογόνο και το θείο έχουν αριθμούς οξείδωσης, αντίστοιχα: Α) +1 και +6 Β) −1 και +4 Γ) +1 και −4 Δ) +1 και +4 1.6. Ο ΑΟ του οξυγόνου στις χημικές ενώσεις CO2, H2O2, OF2 είναι, αντίστοιχα: A) −2, +2 και +2 B) ‒2, +1 και +1 Γ) −2, −1 και +2 Δ) +2, −1 και −2 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 1.7. Στις ενώσεις CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CO και CO2 ο άν-θρακας εμφανίζει τους AO: A) −4 και +4 B) −4, −2, −1, 0 και +4 Γ) −4, 0 και +4 Δ) −4, −2, 0, +2 και +4 1.8. Οι AO του Ν στις ενώσεις ΝH3 και ΗΝΟ3 είναι, αντί-στοιχα: A) +3, +5 B) +3, −5 Γ) −3, −5 Δ) −3, +5 1.9. Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις ο ΑΟ του C είναι μηδέν; A) CCl4 B) CO Γ) CH4 Δ) CH2Cl2

1.10. Στην αντίδραση, Cl2 + H2O → HCl + HClO, τα άτομα του Cl:

A) μόνο οξειδώνονται B) μόνο ανάγονται Γ) άλλα οξειδώνονται και άλλα ανάγονται Δ) ούτε οξειδώνονται ούτε ανάγονται [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 1.11. Ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις δεν είναι οξειδο-αναγωγική; A) KOH + HCl → KCl + H2O B) Βr2 + 2NaΙ → 2ΝaBr + I2 Γ) 2Νa + 2H2O → 2NaOH + H2 Δ) 2Νa + Cl2 → 2NaCl [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 1.12. Από τις παρακάτω αντιδράσεις: H2 + Cl2 → 2HCl (I) CaCO3 → CaO + CO2 (II) 2KClO3 → 2KCl + 3O2 (III) NaOH + CO2 → NaHCO3 (IV) αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι μόνο οι: A) (I) και (II) B) (I), (II) και (III) Γ) (I), (II) και (IV) Δ) (I) και (III) 1.13. Στο ιόν [Fe(CN)6]4−, ο AO του Fe είναι ίσος με: Α) +3 Β) −3 Γ) +2 Δ) −4 1.14. Στην αντίδραση, 3ΝΟ2 + H2O → 2HNO3 + NO: A) το Ν οξειδώνεται και το Η ανάγεται B) το Ν οξειδώνεται και το Ο δρα ως οξειδωτικό Γ) ορισμένα άτομα Ν οξειδώνονται ενώ άλλα ανάγονται Δ) δεν παρατηρείται οξειδοαναγωγή 1.15. Στην αντίδραση, 2ΝΗ3 + 3CuO → N2 + 3Cu + 3H2O: A) η ΝΗ3 είναι το αναγωγικό και το CuO είναι το οξειδωτικό B) το άζωτο ανάγεται Γ) ο χαλκός οξειδώνεται Δ) δεν υπάρχει οξειδοαναγωγικό φαινόμενο 1.16. Στην αντίδραση που ακολουθεί, ποιο είναι το αναγω-γικό σώμα;

2Bi(OH)3 + 3SnO22− → 2Bi + 3H2O + 3SnO32− Α) Το Bi(OH)3 Β) Το SnO22− Γ) Το SnO32− Δ) Το Bi 1.17. 0,3 mol μεταλλικού Αl οξειδώνονται πλήρως προς ιό-ντα Αl3+. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που αποβάλλει η πο-σότητα του Al θα είναι ίσος με: Α) 3 Β) 0,3/ΝΑ Γ) ΝΑ Δ) 0,9∙ΝΑ ΝΑ = 6,02∙1023 ο αριθμός Avogadro. 1.18. Να εξηγήσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές (Σ) ή όχι (Λ). α) Η αποβολή ηλεκτρονίων χαρακτηρίζεται ως αναγωγή. β) Στην αντίδραση, C + 2F2 → CF4, ο C δρα ως οξειδωτικό. γ) Η αποβολή ηλεκτρονίων από το άτομο στοιχείου και γε-νικότερα η αύξηση του ΑΟ του ονομάζεται οξείδωση. δ) Ο AO του H στις ενώσεις του είναι +1 εκτός από τις ενώ-σεις του με μέταλλα, οπότε ο ΑΟ του είναι −1. ε) Στις αντιδράσεις, S + O2 → SO2 και H2 + S → H2S, το S λειτουργεί ως αναγωγικό και ως οξειδωτικό, αντίστοιχα.


17

στ) Κάθε αύξηση του ΑΟ ενός στοιχείου αντιστοιχεί σε ο-ξείδωση και αντιστρόφως κάθε φαινόμενο οξείδωσης αντι-στοιχεί σε κάποια αύξηση του ΑΟ ενός στοιχείου. ζ) Σε κάθε οξείδωση παρατηρείται πραγματική αποβολή η-λεκτρονίων από το στοιχείο που οξειδώνεται. η) Στην αντίδραση, Ca + H2 → CaH2, το Η2 δρα ως αναγω-γικό. θ) Για να γίνει οξείδωση δεν είναι οπωσδήποτε απαραίτητο το οξυγόνο, αλλά οποιοδήποτε ηλεκτραρνητικό στοιχείο, που έχει τάση να προσλαμβάνει ηλεκτρόνια. ι) Τα μέταλλα όταν συμμετέχουν ως αντιδρώντα με τη στοι-χειακή τους μορφή λειτουργούν πάντα ως αναγωγικά. κ) Ένα χημικό στοιχείο έχει ΑΟ = 0 μόνο αν είναι με τη μορφή στοιχείου. 1.19. Να γράψετε τα γράμματα της στήλης Ι (ουσίες) και δίπλα τον αριθμό της στήλης ΙΙ που αντιστοιχεί στο σωστό αριθμό οξείδωσης του θείου (S) στην αντίστοιχη ουσία:

Στήλη Ι (ουσίες) Στήλη ΙΙ (ΑΟ του S) Α. Η2S 1. +4 Β. SO2 2. 0 Γ. S 3. ‒2 Δ. H2SO4 4. +8 5. +6

1.20. Να υπολογίσετε αλγεβρικά τον ΑΟ του C στις παρα-κάτω ενώσεις: C2H6, HCHO, HCOOH και (COOH)2. 1.21. Δίνεται η αντίδραση, 2ΚClO3 → 2KCl + 3O2. Nα γρά-ψετε τους αριθμούς οξείδωσης του Κ, του Cl και του Ο στο αντιδρών σώμα και στα προϊόντα της αντίδρασης και να βρείτε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο στοιχείο ανάγε-ται. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 1.22. α) Να υπολογιστούν οι ΑΟ του Cl στις ενώσεις: HCl, HClO, KClO4, KClO3. β) Να υπολογιστούν αλγεβρικά οι ΑΟ των στοιχείων Αl, S, N και Cr στις ενώσεις που ακο-λουθούν: Αl2Ο3, Η2SO4, NH3, K2Cr2O7. 1.23. α) Να υπολογίσετε τους ΑΟ όλων των ατόμων C στις ενώσεις: CH3CH2OH (Ι), CH3CH=O (ΙΙ), CH3COOH (ΙΙΙ). β) Να εξηγήσετε γιατί οι μετατροπές, Ι → ΙΙ, Ι → ΙΙΙ και ΙΙ → ΙΙΙ είναι αντιδράσεις οξείδωσης, σύμφωνα με τον 1ο και τον 3ο ορισμό. 1.24. Δίνονται οι αντιδράσεις: 1) 3Zn + 2Cr3+ → 3Zn2+ + 2Cr 2) CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + CO2 + H2O 3) PbO2 + Pb + 2H+ + 2HSO4– → 2PbSO4 + 2H2O 4) 3Ca2+ + 2PO43– → Ca3(PO4)2 5) SO2 + 2Ag+ + 6H2O → SO42− + 2Ag + 4H3O+ 6) Cr2O72− + 3SO32− + 8H+ → 2Cr3+ + 3SO42− 7) 2ΝΟ3− + Cu + 8H+→ 2NO + 3Cu2+ + 4H2O Nα σημειώσετε ποιες από τις αντιδράσεις 1-7 είναι οξειδο-αναγωγικές. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας αναφέ-ροντας τις μεταβολές των αριθμών οξείδωσης.

1.25. Στις μπαταρίες Ni - Cd η ηλεκτρική ενέργεια παρέχε-ται με τη βοήθεια της αντίδρασης: Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(ℓ) → Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

α) Να αναγνωρίσετε το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο που ανάγεται. β) Ποιο είναι το οξειδωτικό και ποιο το αναγωγικό μέσο στην αντίδραση αυτή; 1.26. Δίνεται η εξίσωση: K2Cr2O7 + HΒr → Br2 + A + B + Γ. α) Να γράψετε τις ενώσεις που αντιστοιχούν στα Α, Β και Γ. β) Nα συμπληρώσετε την εξίσωση με τους συντελεστές. γ) Πως δρα το HΒr στην παραπάνω χημική αντίδραση, ως οξειδωτικό ή αναγωγικό; δ) Να εξηγήσετε αν είναι ορθή η πρόταση: «Όλα τα άτομα βρωμίου στο μόριο του HΒr οξειδώνονται». 1.27. Να γράψετε την αντίδραση προσθήκης Η2Ο στο προ-πένιο προς το κύριο προϊόν, σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov. Nα εξηγήσετε γιατί η αντίδραση αυτή είναι οξειδοαναγωγική. 1.28. Nα συμπληρώσετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων: α) NH3 + CuO → β) K2Cr2O7 + CO + H2SO4 → γ) KMnO4 + FeCl2 + HCl → δ) K2Cr2O7 + CO + HCl → ε) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → στ) KMnO4 + CH3CH2OH + H2SO4 → CH3COOH + ... ζ) K2Cr2O7 + CH3CH(OH)CH3 + H2SO4 → 1.29. Να συμπληρώσετε τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που ακολουθούν με τους κατάλληλους συντελεστές. 1) Al + Cu(ΝΟ3)2 → Al(ΝΟ3)3 + Cu 2) HNO3 + H2S → NO + S + H2O 3) ΗCl + O2 → Cl2 + H2O 4) SO2 + H2S → S + H2O 5) H2O2 + FeCl2 + HCl → FeCl3 + H2O 6) Cl2 + KOH → ΚCl + KClO3 + H2O 7) CaOCl2 + NH3 → CaCl2 + N2 + H2O 8) HNO3 + Η2Ο2 → NO + O2 + H2O 9) HNO3 + S → NO2 + SO2 + H2O 10) KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O 11) KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O 12) K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O 13) KMnO4 + SO2 + H2SO4 +H2O →ΜnSO4 +H2SO4 + K2SO4 14) K2Cr2O7 + CH3CH2OH + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + CH3COOH

+ K2SO4 + H2O 15) HCOOH+ΚMnO4 + Η2SO4→MnSO4+CO2+K2SO4+H2O 16) Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO + H2O 17) K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl → CrCl3 + SnCl4 + KCl + H2O 18) M(μέταλλο) + Η2SO4 → M2(SO4)x + SO2 + H2O 19) KMnO4 + ΜClx + HCl → MnCl2 + MCly + KCl + H2O 20) Ι2 + ΗΝΟ3 → ΗΙΟ3 + ΝΟ2 + Η2Ο 21) Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P4 + CO + CaSiO3


18

Προβλήματα 1.30. Να υπολογίσετε τον όγκο διαλύματος K2Cr2O7 0,2 M που απαιτείται για να αντιδράσει πλήρως με 120 mL διαλύ-ματος FeCl2 1 Μ, παρουσία ΗCl. 1.31. Στερεό μίγμα μάζας 4,52 g, που αποτελείται από FeCl2 και FeCl3, αντιδρά πλήρως με 20 mL διαλύματος KMnO4 0,1 M, οξινισμένου με HCl. α) Ποιο από τα δύο συστατικά του μίγματος αντιδρά με το KMnO4: Να αιτιολογήστε την απάντησή σας. β) Ποια η μάζα καθενός συστατικού στο μίγμα των 4,52 g; 1.32. 2 g δείγματος, που αποτελείται από FeSO4 και άλλες αδρανείς ύλες, αποχρωματίζουν ακριβώς 20 mL διαλύματος KMnO4 0,1 M, οξινισμένου με H2SO4. α) Ποια η %w/w περιεκτικότητα του δείγματος σε FeSO4; β) Ποιος όγκος διαλύματος Κ2Cr2O7 συγκέντρωσης 1/3 Μ, οξινισμένου με H2SO4, αντιδρά με τα 2 g του δείγματος; 1.33. Αέριο μίγμα όγκου 8,96 L σε STP αποτελείται από CO και CO2. Αν είναι γνωστό ότι το μίγμα αποχρωματίζει 400 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,1 M, οξινισμένο με H2SO4, ποια η %v/v σύσταση του μίγματος; 1.34. To οξείδιο μετάλλου Μ με τύπο Μ2Οx (x ο αριθμός οξείδωσης του μετάλλου Μ) αντιδρά με τον άνθρακα, σύμ-φωνα με την εξίσωση: Μ2Οx + xC → 2M + xCO α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική. β) Aν για την πλήρη αναγωγή 16 g του οξειδίου Μ2Οx απαι-τούνται 3,6 g C, ποια η τιμή του αριθμού οξείδωσης x; Για το μέταλλο Μ: Ar = 56, για το οξυγόνο Αr = 16 και για τον άνθρακα Ar = 12. 1.35. Ποσότητα Cu διαλύεται σε H2SO4 και διεξάγεται η α-ντίδραση (1): Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O, χωρίς συ-ντελεστές. Κατά την αντίδραση αυτή παράχθηκε αέριο SO2, όγκου 1,12 L σε STP. Ίδια ποσότητα Cu διαλύεται σε διά-λυμα HNO3 και λαμβάνει χώρα η αντίδραση (2):

Cu + HΝO3 → Cu(ΝΟ3)2 + ΝO2 + H2O (2), χωρίς συντελεστές. Πόσα L αερίου NO2, (σε STP) θα παρα-χθούν στην περίπτωση αυτή; 1.36. 6 g ορείχαλκου (κράμα Cu και Zn) προστίθεται σε πε-ρίσσεια διαλύματος H2SO4, οπότε αντιδρά μόνο ο Zn, σύμ-φωνα με την εξίσωση: Ζn + H2SO4 → ΖnSO4 + H2. Aν από την αντίδραση εκλύεται αέριο όγκου 0,672 L σε STP, ποια η %w/w περιεκτικότητα του ορείχαλκου σε Cu; 1.37. 7,05 g κράματος Cu-Ag διαλύεται σε διάλυμα HNO3, οπότε συμβαίνουν οι αντιδράσεις (χωρίς συντελεστές):

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O και Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O

α) Να συμπληρώσετε τους συντελεστές στις δύο αντιδράσεις. β) Από τις δύο αντιδράσεις προέκυψαν συνολικά 1,12 L αε-ρίου (μετρημένα σε STP). Ποιες είναι οι μάζες των δύο συ-στατικών του κράματος;

1.38. Σε 800 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,1 M οξινισμένο με H2SO4 προστίθεται ποσότητα 2-προπανόλης μάζας 6 g. Να εξηγήσετε αν θα γίνει αποχρωματισμός του διαλύματος. 1.39. 16,8 g μετάλλου (Μ) διαλύονται σε ΗΝΟ3 και προκύ-πτουν 6,72 L NO(g), σε STP, σύμφωνα με την αντίδραση:

Μ + HΝO3 → Μ(ΝΟ3)3 + ΝO + H2O α) Να γραφεί η παραπάνω χημική εξίσωση συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Να υπολογιστεί η σχετική ατομική μάζα του μετάλλου (Μ). 1.40. Το Η2S αντιδρά με διάλυμα KMnO4 παρουσία H2SO4, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

ΚΜnO4 + H2S + H2SO4 → MnSO4 + S + K2SO4 + H2O α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να σημειώσετε το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα. β) Να υπολογίσετε την ποσότητα (σε g) του S που παράγεται κατά την πλήρη αντίδραση ποσότητας Η2S με 500 mL δια-λύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SΟ4. 1.41. Το KMnO4 αντιδρά με SnCl2, παρουσία HCl, σύμ-φωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

ΚΜnO4 + SnCl2 + HCl → MnCl2 + SnCl4 + A + H2O α) Nα συμπληρώσετε την εξίσωση με τον τύπο της ένωσης Α, καθώς και με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Για την οξείδωση 50 mL διαλύματος SnCl2 0,2 M απαι-τούνται 40 mL διαλύματος KMnO4, παρουσία HCl. Να υπο-λογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος KMnO4. γ) Ποιος όγκος του διαλύματος KMnO4 απαιτείται για την οξείδωση 40 mL διαλύματος FeSO4 0,5 M, παρουσία H2SO4;

1.42. Ο άνθρακας και το θείο αντιδρούν με Η2SO4 σύμφωνα με τις χημικές εξισώσεις (χωρίς συντελεστές):

C + H2SO4 → CO2 + SO2 + H2O S + H2SO4 → SO2 + H2O

α) Οι παραπάνω αντιδράσεις είναι ή όχι οξειδοαναγωγικές; Να τις συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Ισομοριακό μίγμα C και S συνολικής μάζας 8,8 g αντιδρά πλήρως με περίσσεια διαλύματος Η2SO4, σύμφωνα με τις παραπάνω εξισώσεις (σωστά συμπληρωμένες). Σχηματίζε-ται έτσι ένα αέριο μίγμα που αποτελείται από SO2 και CO2. Να υπολογιστεί ο όγκος του αερίου αυτού μίγματος σε STP. 1.43. Ποσότητα S μάζας 8 g καίγεται πλήρως προς SO2. Η ποσότητα του SO2 που παράχθηκε αντιδρά πλήρως με υδα-τικό διάλυμα Cl2, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελε-στές): SO2 + Cl2 + Η2Ο → Η2SO4 + HCl. To διάλυμα που προ-κύπτει περιέχει τα οξέα HCl και H2SO4 και εξουδετερώνο-νται από διάλυμα ΚOH 2 Μ. α) Να γίνει ισοστάθμιση μάζας (με τους κατάλληλους συ-ντελεστές) στην παραπάνω χημική εξίσωση και να σημειω-θεί ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται. β) Ποιος είναι ο όγκος του διαλύματος ΚOH που απαιτείται για την εξουδετέρωση; Δίνονται οι αντιδράσεις: ΚΟΗ + ΗCl → KCl + H2O, 2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O

Π. Κονδύλης, Π. Λατζώνης, Χημεία Γ΄ Λυκείου, τεύχος Γ1


19

1.44. α) 18 g μεταλλικού Hg αντιδρούν πλήρως με 300 mL διαλύματος K2Cr2O7 0,1 M, παρουσία HCl και προκύπτει έ-νωση του τύπου HgClx. Nα υπολογιστεί η τιμή του x. β) Άλλα 18 g Ηg αντιδρούν πλήρως με 200 mL διαλύματος K2Cr2O7 0,1 M, παρουσία HCl και προκύπτει μίγμα δύο ε-νώσεων του υδραργύρου, HgCl και HgCl2. Nα υπολογίσετε το ποσοστό του Hg που οξειδώνεται σε Hg2+ (ΗgCl2). 1.45. Ποσότητα CO(g) αντιδρά πλήρως με 500 mL διαλύ-ματος KMnO4, οξινισμένου με H2SO4 και παρατηρείται ο σχηματισμός 5,6 L CO2(g), σε STP. α) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης και να σημειώ-σετε το οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα. β) Να υπολογίσετε τη μάζα του CO που αντέδρασε. γ) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος του KMnO4. δ) Η ίδια ποσότητα του παραπάνω διαλύματος ΚΜnO4/ H2SO4, αντιδρά πλήρως με 0,5 mol άλατος του τύπου ΜSO4 (M: μέταλλο με AO = +2) και προκύπτει νέο άλας με τύπο M2(SO4)x, στο οποίο το μέταλλο Μ έχει AO = +x. Να υπο-λογίσετε την τιμή του x. ΕΙΔΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣ

Documents

ΧΗΜΕΙΑ - chemistrytopics.xyz · iii Αντί προλόγου «Παίζοντας» σωστά με τη Χημεία . . . Ίσως να σας αρέσει η μουσική