REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI Reakcje utleniania i redukcji-definicja Określanie stopni utlenienia Przykłady utleniaczy i reduktorów Reakcje metali i niemetali z kwasami utleniającymi – bilansowanie reakcji redoks, reakcje połówkowe (zapis jonowo-elektronowy), pasywacja metali KMnO4 i K2Cr2O7 jako silne utleniacze – wpływ środowiska na właściwości utleniające manganianów Reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania Szereg elektrochemiczny metali – przewidywanie kierunku reakcji redoks, planowanie doświadczeń pozwalających porównać właściwości metali Reakcje redoks w ogniwach

im niższy potencjał tym aktywniejszy metal metale o niższym potencjale redukują metale o wyższym potencjale metale o potencjale niższym od wodoru wypierają go kwasów nieutleniających metale o potencjale wyższym od wodoru reagują tylko z kwasami utleniającymi wypierając z nich odpowiednie tlenki (wyjątek Pt, Au)

Mała rozgrzewka – co pamiętamy z ostatnich zajęć? Reakcje redox w ogniwach. Korozja. Efekty energetyczne reakcji. Elektroliza.

Zadanie – szereg elektrochemiczny metali

OGNIWO

KOROZJA 1.W zależności od agresywności środowiska: -korozja atmosferyczna -korozja gazowa -korozja wodna 2. W zależności od mechanizmu: -korozja chemiczna -korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna a) Zetknięcie dwóch różnych metali A(-) Fe/elektrolit/Sn (+)K b) Zetknięcie metalu z wtrąceniami niemetalicznymi

A(-) metal / elektrolit / tlenek metalu (+)K c) Ogniwa powstałe w wyniku pasywacji metalu: A(-) metal / elektrolit / tlenek metalu (+)K d) Ogniwa powstałe w wyniku niejednorodności powierzchni metalu Zakres anodowy Zakres katodowy Przepływ elektronów

OCHRONA PRZED KOROZJĄ 1. Pokrycie metalem szlachetnym - o wyższym potencjale (ochrona bierna) 2. Pokrycie emalią, lakierem, gumą (ochrona bierna) 3. Powlekanie metalem o niższym potencjale (ochrona czynna) 4. Dobór dodatków stopowych do metalu np.: chromu (metali mało wrażliwych na warunki atmosferyczne)-stal nierdzewna 5. Stosowanie protektorów (ochrona czynna) 6. Zmiana właściwości środowiska

Zadanie Wyjaśnij jak na szybkość korozji żelaza wpływa pokrywająca je powłoka cynkowa cynowa gdy powstanie na nich rysa. Gdy powstanie rysa tworzą się mikroogniwa: A(-) Zn/Zn 2+ //Fe 2+ /Fe (+)K A(-) Fe / Fe 2+ // Sn 2+ / Sn (+)K

Zadanie (1 pkt) Szybkość korozji żelaza jest zależna od warunków na jakie żelazo jest narażone. Poniżej przedstawiono 5 zestawów doświadczalnych ilustrujących wpływ środowiska na szybkość rdzewienia żelaza. a) Fe b) Fe c) Fe d) Fe e) Fe Cu Zn H2O NaCl NaOH H2O H2O Uszereguj poszczególne probówki w kolejności zgodnie ze wzrastającą szybkością procesu rdzewienia zachodzącego w przedstawionych doświadczeniach.

Termodynamika chemiczna zajmuje się: EFEKTY ENERGETYCZNE REAKCJI Termodynamika chemiczna zajmuje się: -ilosciowym opisem zmian energii towarzyszących przemianom chemicznym i procesom fizyko-chemicznym -przewidywaniem kierunku przebiegu procesów fizyko-chemiczych Układ – wyodrębniony obszar materii, poddany obserwacji lub eksperymentowi i oddzielony od otoczenia wyraźną granicą Wszystko co nie jest układem, co znajduje się poza jego granicami nazywamy otoczeniem Podział układów Układ otwarty-wymienia z otoczeniem masę i energię Układ zamknięty-wymienia z otoczeniem tylko energię Układ izolowany-nie wymienia z otoczeniem ani masy, ani energii

-entalpia swobodna Gibbsa G -entropia S EFEKTY ENERGETYCZNE REAKCJI Parametry stanu Stan układu opisuje się za pomocą parametrów stanu: objętość, temperatura, ciśnienie, liczba moli. Funkcje stanu Funkcje, których wartość zależy jedynie od wartości początkowej i końcowej stanu układu, a nie zależy od drogi, którą układ przebył pomiędzy tymi stanami nazywamy funkcjami stanu. Funkcjami stanu są: -energia wewnętrzna U -entalpia H -entalpia swobodna Gibbsa G -entropia S

EFEKTY ENERGETYCZNE REAKCJI ΔU = Q + W Q= ΔH W=praca objętościowa ΔU < O ΔU > O ΔH < O ΔH > O

EFEKTY ENERGETYCZNE REAKCJI Reakcje egzotermiczne - przepływ energii ale tylko na sposób ciepła odbywa się z układu do otoczenia ΔH < 0 Reakcje endotermiczne - przepływ energii ale tylko na sposób ciepła odbywa się z otoczenia do układu ΔH > 0 Reakcje egzoenergetyczne - przepływ energii (warunki izobaryczno-izotermiczne) odbywa się z układu do otoczenia ΔU < 0 Reakcje endoenergetyczne - przepływ energii (warunki izobaryczno-izotermiczne) odbywa się z otoczenia do układu ΔU > 0

Prawa termochemiczne Prawo Lavoisiera-Laplace’a: Efekt cieplny reakcji jest równy efektowi cieplnemu reakcji odwrotnej z przeciwnym znakiem. A B Δ H= - 100 kJ/mol B A Δ H= + 100 kJ/mol Prawo Hessa: Efekt cieplny reakcji zależy jedynie od stanu początkowego i koncowego a nie zależy od drogi na jakiej odbyła się przemiana ( w warunkach izobarycznych lub izotermicznych) Δ H1 A B Δ H1= Δ H2+ Δ H3 Δ H2 Δ H3 C

∆ Hx= - 393,5 kJ/mol – (-283,0 kJ/mol)=-110 kJ/mol Zadanie Oblicz entalpię tworzenia tlenku węgla: Na podstawie entalpii następujących reakcji: ∆ H1= - 393,5 kJ/mol ∆ H2= - 283,0 kJ/mol ∆ Hx -∆ H2 ∆ H1 ∆ Hx=∆ H1- ∆ H2 ∆ Hx= - 393,5 kJ/mol – (-283,0 kJ/mol)=-110 kJ/mol

-budujemy elektrolizer ELEKTROLIZA Elektroliza- zespół zjawisk zachodzących na elektrodach w czasie przepływu prądu przez roztwór elektrolitu lub przez stopiony elektrolit. -budujemy elektrolizer -przykładamy zewnętrzne pole elektryczne-przepływ prądu wymuszony -zachodzą procesy odwrotne do procesów zachodzących w ogniwie Anoda- elektroda dodatnia, utlenianie Katoda-elektroda ujemna, redukcja

BUDOWA ELEKTROLIZERA

KOLEJNOŚĆ I ZASADY REDUKCJI KATIONÓW Katoda- kationy-redukcja W układach stopionych - najpierw redukują się metale o wyższym potencjale potem o niższym 2. W roztworach wodnych soli i wodorotlenków -redukują się metale mniej aktywne od glinu -dla Al i metali bardziej aktywnych redukuje się wodór z wody 3. Roztwory kwasów

KOLEJNOŚĆ I ZASADY UTLENIANIA ANIONÓW Anoda- aniony-utlenianie 1. W układach stopionych- utleniają się zgodnie z położeniem w szeregu napięciowym 2. W roztworach: a) łatwo utleniają się aniony kwasów beztlenowych czyli halogenki: b) dla anionów kwasów tlenowych i ich soli utlenia się tlen z wody: c). dla wodorotlenków utlenia się tlen z grupy hydroksylowej: 3. Jeżeli anoda zbudowana jest z materiału, którego jony znajdują się w roztworze - następuje utlenianie tego metalu czyli anoda roztwarza się

PRZYKŁADY 1. Elektroliza roztworów wodnych soli kwasów tlenowych a). i metali do glinu: Na2SO4 zakwaszenie środowiska alkalizacja obszaru katodowego

PRZYKŁADY 2. Elektroliza roztworów wodnych soli kwasów beztlenowych a). i metali do glinu: NaCl alkalizacja obszaru katodowego

PRZYKŁADY 3. Elektroliza roztworów wodnych soli kwasów beztlenowych b). i metali za glinem: CuCl2

4. Termoelektroliza soli np.: otrzymywanie Pb z PbCl2

PRZYKŁADOWE ZADANIE Zadanie (1 pkt) Jaki ładunek musi przepłynąć przez wodny roztwór zawierający 3,5 mola NiBr2 i 0,5 mola FeI3 aby całkowicie usunąć jony Ni2+ i Fe3+ z roztworu? Odp. Musi przepłynąć ładunek 8.5 F

Zadanie (2 pk) Po zanurzeniu płytki cynkowej do roztworu azotanu (V) ołowiu (II) wydzieliło się 20,7g ołowiu. Ile gramów cynku przeszło do roztworu? Obliczenia: Odpowiedź: Zadanie (3 pkt) Do laboratoryjnego otrzymywania tlenu możemy miedzy innymi użyć manganianu (VII) potasu. Tlen można otrzymać po pierwsze w wyniku termicznego rozkładu manganianu potasu (VII) lub po drugie przeprowadzając reakcje manganianu (VII) potasu z wodą utlenioną w środowisku kwaśnym. zapisz cząsteczkowo reakcję termicznego rozkładu manganianu (VII) potasu b) zapisz jonowo reakcję manganianu (VII) potasu z wodą utlenioną w środowisku kwaśnym c) w jaki sposób możemy potwierdzić wydzielający się w obu reakcjach tlen