REAKCJE REDOX repetytorium

Składanie reakcji redox z półreakcji - zadanie 1 2 Składanie reakcji redox z półreakcji - zadanie 1 Z półreakcji proszę zestawić reakcję redox pomiędzy jonami SCN- a utleniaczem: SCN- + 4H2O = SO42- + CN- + 8H+ + 6e VO2+ + 2H20 = VO3- + 4H+ + e

Redox 3 Rozwiązanie zadania 1 Sprowadzamy obydwa równania do takiego zapisu, w którym będzie w nich po tyle samo elektronów: SCN- + 4H2O = SO42- + CN- + 8H+ + 6e VO2+ + 2H20 = VO3- + 4H+ + e (mnożymy współczynniki przez 6) 6VO2+ + 12H20 = 6VO3- + 24H+ + 6e 2. Drugie równanie podpisujemy pod pierwszym tak, aby utleniacz (VO3-) znalazł się po tej samej stronie co jony SCN- w pierwszym równaniu: 6VO3- + 24H+ + 6e = 6VO2+ + 12H20 3. Sumujemy równania stronami: SCN- + 4H2O + 6VO3- + 24H+ + 6e = 6VO2+ + 12H20 + SO42- + CN- + 8H+ + 6e 4. Redukujemy takie same składniki: SCN- + 6VO3- + 16H+ = 6VO2+ + 8H20 + SO42- + CN- Końcowa reakcja:

Analiza możliwości przebiegu reakcji redox - zadanie 2 4 Analiza możliwości przebiegu reakcji redox - zadanie 2 W kwaśnym przedziale pH linia redox wodoru ma postać: H2 = 2H+ + 2e (E = -0,059▪pH) zaś niżej wymienione reakcje są opisane liniami równoległymi do osi pH: Bi = Bi3+ + 3e (E = +0,21 V) Mg = Mg2+ + 2e (E = -2,36 V) Zn = Zn2+ + 2e (E = -0,76 V) Określić możliwość reakcji: 1. Magnezu metalicznego (Mg) z jonami bizmutu (Bi3+) 2. Magnezu metalicznego (Mg) z jonami cynku (Zn2+) 3. Bizmutu metalicznego (Bi) z jonami cynku (Zn2+)

Rozwiązanie zadania 2 – uwagi ogólne Redox 5 Rozwiązanie zadania 2 – uwagi ogólne Należy pamiętać o tym, że rozpatrując możliwość przebiegu dowolnej reakcji w środowisku kwaśnym, zawsze trzeba też brać pod uwagę możliwość przebiegu reakcji z jonami wodorowymi (nawet gdy wprost nie sugeruje tego treść zadania!!!). Jeżeli linia wodoru znajduje się pomiędzy tymi dwoma liniami redox, na których rozpatrujemy możliwość przebiegu reakcji, to znaczy, że jony wodorowe w rozpatrywanym układzie nie odgrywają roli potencjalnego reagenta (utleniacza).

Rozwiązanie zadania 2 – część 1 Redox 6 Rozwiązanie zadania 2 – część 1 Bi3+ Bi linia bizmutu (+0,21 V) 2H+ H2 linia wodoru (około 0 V) Jedyną możliwą reakcją w takim układzie jest utlenianie magnezu metalicznego jonami bizmutu, czyli zachodzi reakcja 3 Mg + 2 Bi3+ = 3 Mg2+ + 2 Bi Mg2+ Mg linia magnezu (-2,36 V) Uwaga! Owalną linią ciągłą zaznaczono reakcję z treści zadania, zaś owalną linią przerywaną – reakcję jaka jest możliwa w danym układzie do zrealizowania

Rozwiązanie zadania 2 – część 2 Redox 7 Rozwiązanie zadania 2 – część 2 2H+ H2 linia wodoru (około 0 V) Teoretycznie w takim układzie możliwa jest reakcja jonów cynku z magnezem metalicznym Zn2+ + Mg = Zn + Mg2+ ale w praktyce magnez metaliczny będzie utleniany jonami wodorowymi H+, które są silniejszym utleniaczem niż jony cynku, czyli zajdzie reakcja Mg + 2 H+ = Mg2+ + H2 Zn2+ Zn linia cynku (-0,76 V) Mg2+ Mg linia magnezu (-2,36 V) Uwaga! Owalną linią ciągłą zaznaczono reakcję z treści zadania, zaś owalną linią przerywaną – reakcję jaka jest możliwa w danym układzie do zrealizowania

Rozwiązanie zadania 2 – część 3 Redox 8 Rozwiązanie zadania 2 – część 3 Bi3+ Bi linia bizmutu (+0,21 V) 2H+ H2 linia wodoru (około 0 V) Jedyną możliwą reakcją w tym układzie jest utlenianie cynku metalicznego jonami bizmutu, czyli nie zachodzi reakcja Zn2+ + Bi = Zn2+ Zn linia magnezu (-0,76 V) Uwaga! Owalną linią ciągłą zaznaczono reakcję z treści zadania, zaś owalną linią przerywaną – reakcję jaka jest możliwa w danym układzie do zrealizowania

Rysowanie wykresów Pourbaix – zadanie 3 Redox 9 Rysowanie wykresów Pourbaix – zadanie 3   Naszkicuj wykres E = f(pH) (wykres Pourbaix) według równań: 1) 2H+ + 2e = H2 (E = -0,059▪pH [V]) 2) O2 + 4H+ + 4e = 2H2O (E = +1,22 – 0,059▪pH [V]) oraz 3) La = La3+ + 3e (E = -2,522 [V]) 4) 2La + 3H2O = La2O3 + 6H+ + 6e (E = -1,856 – 0,059▪pH [V])

Rozwiązanie zadania 3 – część 1 Redox 10 Rozwiązanie zadania 3 – część 1 Rysujemy linię wodoru, wstawiając do wzoru na potencjał E = -0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=0, E(pH=14)=-0,83 V

Rozwiązanie zadania 3 – część 2 Redox 11 Rozwiązanie zadania 3 – część 2 Rysujemy linię tlenu, wstawiając do wzoru na potencjał E =+1,22 - 0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=+1,22 V, E(pH=14)=+0,39 V

Rozwiązanie zadania 3 – część 3 Redox 12 Rozwiązanie zadania 3 – część 3 Rysujemy pionowe linie przerywane pomiędzy linią wodoru i linią tlenu – w ten sposób powstaje obszar trwałości wody.

Rozwiązanie zadania 3 – część 4 Redox 13 Rozwiązanie zadania 3 – część 4 Rysujemy linię lantanu pomiędzy wartościami pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=-2,52 V, E(pH=14)=-2,52 V

Rozwiązanie zadania 3 – część 5 Redox 14 Rozwiązanie zadania 3 – część 5 Rysujemy linię lantan/tlenek lantanu, wstawiając do wzoru na potencjał E =-1,856 - 0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=-1,856 V, E(pH=14)=-2,682 V

Rozwiązanie zadania 3 – część 6 Od punktu przecięcia linii lantanu Redox 15 Rozwiązanie zadania 3 – część 6 Od punktu przecięcia linii lantanu w górę rysujemy pionową linię oddzielającą obszar dobrze rozpuszczalnych w wodzie związków lantanu (La3+) od obszaru osadu tlenku lantanu (La2O3).

Rozwiązanie zadania 3 – część 7 Redox 16 Rozwiązanie zadania 3 – część 7 Idąc od dołu wykresu (od stanu podstawowego lantanu na zerowym stopniu utlenienia, do form na dodatnim stopniu utlenienia) zostawiamy te odcinki dwóch linii lantanu, które pojawiają się jako pierwsze (te odcinki, które idą nad nimi – na wykresie na czarno - nie mają sensu fizykochemicznego). Ostatecznie likwidujemy te odcinki linii lantanu, które nie mają sensu fizykochemicznego.

Rozwiązanie zadania 3 – część 8 Redox 17 Rozwiązanie zadania 3 – część 8 Końcowy wykres Pourbaix dla lantanu, na który nanosimy symboliczne oznaczenia poszczególnych form pierwiastka: La – obszar metalu w stanie podstawowym La3+ – obszar rozpuszczalnych w wodzie związków lantanu La2O3 – obszar osadu tlenku lantanu nierozpuszczalnego w wodzie.

Rysowanie wykresów Pourbaix – zadanie 4 Redox 18 Rysowanie wykresów Pourbaix – zadanie 4   Naszkicuj wykres E = f(pH) (wykres Pourbaix) według równań: 1) 2H+ + 2e = H2 (E = -0,059▪pH [V]) 2) O2 + 4H+ + 4e = 2H2O (E = +1,22 – 0,059▪pH [V]) oraz 3) N2 + 8H+ + 6e = 2NH4+ (E = +0,253 – 4/3▪0,059•pH [V]) 4) N2 + 6H+ + 6e = 2NH3 (E = +0,066 – 0,059▪H [V]) 5) 2NO3- + 12H+ + 10e = N2 + 6H2O (E = +1,246 – 0,059▪pH [V])

Rozwiązanie zadania 4 – część 1 Redox 19 Rozwiązanie zadania 4 – część 1 Wszystkie etapy do momentu uzyskania wykresu z naniesionym obszarem trwałości wody, wykonuje się analogicznie jak w rozwiązaniu zadania 3.

Rozwiązanie zadania 4 – część 2 Redox 20 Rozwiązanie zadania 4 – część 2 Rysujemy linię kationu amonowego, wstawiając do wzoru na potencjał E = +0,253 – 4/3▪0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=+0,253 V, E(pH=14)=-0,848 V

Rozwiązanie zadania 4 – część 3 Redox 21 Rozwiązanie zadania 4 – część 3 Rysujemy linię amoniaku, wstawiając do wzoru na potencjał E = +0,066 – 0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=+0,066 V, E(pH=14)=-0,76 V

Rozwiązanie zadania 4 – część 4 Od punktu przecięcia linii amoniaku Redox 22 Rozwiązanie zadania 4 – część 4 Od punktu przecięcia linii amoniaku z linią kationu amonowego, w dół rysujemy pionową linię oddzielającą obszar wodnych roztworów soli amonowych (NH4+) od obszaru wodnych roztworów amoniaku (NH3).

Rozwiązanie zadania 4 – część 5 Redox 23 Rozwiązanie zadania 4 – część 5 Idąc od góry wykresu (od stanu podstawowego azotu na zerowym stopniu utlenienia, do form na ujemnym stopniu utlenienia) zostawiamy te odcinki linii amoniaku i linii kationu amonowego, które pojawiają się jako pierwsze (te odcinki, które idą pod nimi – na wykresie na czarno - nie mają żadnego sensu fizykochemicznego). Te odcinki linii amoniaku i kationu amonowego, które nie mają sensu fizykochemicznego, likwidujemy.

Rozwiązanie zadania 4 – część 6 Redox 24 Rozwiązanie zadania 4 – część 6 Rysujemy linię azotanów, wstawiając do wzoru na potencjał E = +1,246 – 0,059▪pH wartości pH=0 i pH=14. Otrzymane wartości potencjału: E(pH=0)=+1,246 V, E(pH=14)=+0,42 V

Rozwiązanie zadania 4 – część 7 Redox 25 Rozwiązanie zadania 4 – część 7 Końcowy wykres Pourbaix dla azotu, na który nanosimy symboliczne oznaczenia poszczególnych form pierwiastka: NH4+ – obszar roztworów wodnych soli amonowych NH3 – obszar roztworów wodnych amoniaku N2 – obszar zaabsorbowanego w wodzie azotu gazowego NO3- – obszar wodnych roztworów azotanów

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 26 Przegląd wykresów Pourbaix   Szereg napięciowy charakteryzuje właściwości redox poszczególnych pierwiastków w środowisku silnie kwaśnym. Poszerzeniem tej charakterystyki na wszystkie roztwory wodne są wykresy korozyjne (wykresy Pourbaix). Wszystkie litowce mają tego samego typu wykres co załączony dla potasu (charakterystyczny dla metali tworzących związki dobrze rozpuszczalne w wodzie w całym zakresie pH.

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla potasu Redox 27 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O Wykres Pourbaix dla potasu

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 28 Przegląd wykresów Pourbaix   Typy wykresów Pourbaix dla berylowców: ▪ podobne do wykresów litowców (Ca, Sr, Ba) ▪ dla metali tworzących nierozpuszczalne wodorotlenki (Mg) ▪ dla metali amfoterycznych (Be).

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 29 Wykres Pourbaix dla wapnia 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 30 Wykres Pourbaix dla magnezu 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 31 Wykres Pourbaix dla berylu 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 32 Przegląd wykresów Pourbaix   Typy wykresów Pourbaix dla borowców: ▪ charakterystyczne dla niemetali (B) ▪ dla metali amfoterycznych dających jeden szereg soli (Al, Ga) ▪ dla metali amfoterycznych dających dwa szeregi soli (In, Tl).

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 33 Wykres Pourbaix dla boru 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 34 Wykres Pourbaix dla glinu 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 35 Wykres Pourbaix dla talu 2H++2e=H2 O2+4H++4e=2H2O

Przegląd wykresów Pourbaix Redox 36 Przegląd wykresów Pourbaix   Typy wykresów Pourbaix dla węglowców: ▪ dla niemetali (C, Si) ▪ dla półmetali (Ge) ▪ dla metali amfoterycznych dających dwa szeregi soli (Sn, Pb).

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla węgla Redox 37 Wykres Pourbaix dla węgla

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla germanu Redox 38 Wykres Pourbaix dla germanu

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla ołowiu Redox 39 Wykres Pourbaix dla ołowiu

Przegląd wykresów Pourbaix Typy wykresów Pourbaix dla azotowców: Redox 40 Przegląd wykresów Pourbaix   Typy wykresów Pourbaix dla azotowców: ▪ dla niemetali (N, P) ▪ dla półmetali (w tym jeden – antymon – wykazujący cechy amfoteryczne) (As, Sb) ▪ dla metali tworzących jeden szereg soli (Bi) (na wyższym stopniu utlenienia +V bizmut jest półmetalem).

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla azotu Redox 41 Wykres Pourbaix dla azotu

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla antymonu Redox 42 Wykres Pourbaix dla antymonu

Przegląd wykresów Pourbaix Wykres Pourbaix dla bizmutu Redox 43 Wykres Pourbaix dla bizmutu