Quesiti e problemi (sul libro da pag. 510)

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1 Quesiti e problemi (sul libro da pag. 510) 2 Il numero di ossidazione 1 Assegna il n.o. a tutti gli elementi dei seguenti composti. a) Hg 3 (PO 3 ) 2 Hg: +2; P: +3; O: 2 b) Cu(NO 2 ) 2 Cu: +2; N: +3; O: 2 c) Pb(SO 3 ) 2 Pb: +4; S: +4; O: 2 d) HClO 2 H: +1; Cl: +3; O: 2 e) Na 2 O 2 Na: +1; O: 1 f) LiH Li: +1; H: 1 2 Qual è il numero di ossidazione del manganese nei seguenti composti? a) MnO 2 +4 b) Mn 2 O 3 +3 c) Mn 2 O 7 +7 d) HMnO 4 +7 e) H 2 MnO Trova i numeri di ossidazione degli atomi sottolineati nei seguenti composti. VO 3 (+5), MnO 4 (+7), WO 4 (+7), H 3 BO 3 (+3), P 2 O 5 (+5), HClO 2 (+3), KIO 4 (+7), HSO 3 (+4), HS (2), Ag 2 O (+1), SnO 2 (+4), HCrO 4 (+6), PH 3 (3) 4 Calcola il numero di ossidazione di tutti gli elementi nei seguenti composti. a) H 2 SO 4 H: +1; S: +6; O: 2 b) CaHPO 4 Ca: +2; H: +1; P: +5; O: 2 c) Fe(OH) 3 Fe: +3; O: 2; H: +1 d) NaH Na: +1; H: 1 e) Mg(H 2 PO 4 ) 2 Mg: +2; H: +1; P: +5; O: 2 5 Assegna il numero di ossidazione agli atomi di azoto presenti nelle seguenti specie chimiche. a) NO +2 b) N 2 O 5 +5 c) NH 2 OH 1 d) NO 2 +4 e) N 2 H 4 2 f) NH 3 3 g) N 2 O 3 +3 h) N 2 0 i) Na 3 N 3 l) HNO Qual è il numero di ossidazione di ciascun atomo nel composto Na 2 B 4 O 7? Na: +1; B: +3; O: Lo ione CrO 4 2 è coinvolto in una reazione chimica, nel corso della quale si trasforma in ione Cr 3. Come varia il numero di ossidazione dell atomo di cromo? diminuisce da +6 a +3 Di quanto varia il numero di ossidazione degli atomi sottolineati nei seguenti processi? a) K 2 Cr 2 O 7 Cr 2 (SO 4 ) 3 da +6 a +3 b) HNO 3 NO da +5 a +2 c) K 2 SO 3 K 2 SO 4 da +4 a +6 3 Ossidazione e riduzione: cosa sono e come si riconoscono 9 Considera la seguente reazione: 2Na (s) 2H 2 O (l) 2Na (aq) 2OH (aq) H 2(g) Qual è la sostanza che si è ossidata? Na Qual è la sostanza che si è ridotta? H di H 2 O 10 Quali tra le seguenti sono reazioni di ossido-riduzione? 2 a) 2CrO 4 (aq) 2H 2 (aq) Cr 2 O 7 (aq) H 2 O (l) b) Fe 2 O 3(s) 2Al (s) Al 2 O 3(s) 2Fe (s) c) Cu 2 (aq) 4NH 3(aq) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2 (aq) d) CuSO 4(aq) BaCl 2(aq) CuCl 2(aq) BaSO 4(s) e) HF (l) SiO 2(s) SiF 4(g) H 2 O (s) 11 Quali elementi si ossidano nella seguente reazione? As 2 S 3(s) H 2 O (l) H 3 AsO 4(aq) H 2 S (g) H 2 SO 4(aq) As; S 12 Quale elemento si riduce nella seguente reazione? K 2 SO 3(s) H 2 CO 3(aq) K 2 SO 4(aq) CO (g) H 2 O (l) C 13 Qual è la sostanza che si è ossidata nella seguente reazione? 2K (s) 2H 2 O (l) 2K (aq) 2OH (aq) H 2(g) K 14 Considera gli elementi sottolineati e completa la tabella, seguendo l esempio. Prima Dopo Elettroni scambiati Semireazione di ossidazione Semireazione di riduzione Mg n.o. 0 Mg 2 n.o. +2 2e N 2 n.o N 3 n.o e Fe 2 O 3 n.o FeO n.o e Al n.o Al(OH)3 n.o e Cr 2 O 3 n.o CrO 4 2 n.o e IO 3 n.o I n.o e P 4 n.o PH3 n.o e CoCl 2 n.o Co(OH) 3 n.o e 1

2 15 È data la reazione: Cl 2(aq) 2KI (aq) 2KCl (aq) + I 2(aq) Qual è l agente ossidante? Cl Individua tra i seguenti processi ossidazioni e riduzioni. a) Ba 2 2 (aq) CrO 4 (aq) BaCrO 4(s) b) 2H 2 (aq) CO 3 (aq) H 2 O (l) CO 2(g) c) Fe 3 (aq) Fe 2 (aq) riduzione d) MnO 2(s) MnO 4 (aq) ossidazione 2 e) 2CrO 4 (aq) 2H (aq) 2 Cr 2 O 7 (aq) H 2 O (l) Individua l agente ossidante nella seguente reazione redox ancora da bilanciare. 3 2VO 4 (aq) SO 2(g) 8H (aq) 2VO 2 2 (aq) SO 4 (aq) 4H 2 O (l) 3 VO 4 Identifica la sostanza che si ossida, quella che si riduce, l agente ossidante e il riducente nelle seguenti reazioni. a) 2HNO 3 3H 3 AsO 3 2NO 3H 3 AsO 4 H 2 O sostanza ossidata: H 3 AsO 3 ; sostanza ridotta: HNO 3 b) NaI 3HClO NaIO 3 3HCl sostanza ossidata: NaI; sostanza ridotta: HClO c) 2KMnO 4 5H 2 C 2 O 4 3H 2 SO 4 10CO 2 K 2 SO 4 2MnSO 4 8H 2 O sostanza ossidata: H 2 C 2 O 4 ; sostanza ridotta: KMnO 4 d) 6H 2 SO 4 2Al Al 2 (SO 4 ) 3 3SO 2 6H 2 O sostanza ossidata: Al; sostanza ridotta: H 2 SO 4 e) Cu 2H 2 SO 4 CuSO 4 SO 2 2H 2 O sostanza ossidata: Cu; sostanza ridotta: H 2 SO 4 f) 3SO 2 2HNO 3 2H 2 O 3H 2 SO 4 2NO sostanza ossidata: SO 2 ; sostanza ridotta: HNO 3 g) 5H 2 SO 4 4Zn 4ZnSO 4 H 2 S 4H 2 O sostanza ossidata: Zn; sostanza ridotta: H 2 SO 4 h) I 2 10HNO 3 2HIO 3 10NO 2 4H 2 O sostanza ossidata: I 2 ; sostanza ridotta: HNO 3 Nota: sostanza ossidata = agente riducente; sostanza ridotta = agente ossidante a) 2Na 2H 2 O 2NaOH H 2 b) 4Fe 3O 2 2Fe 2 O 3 c) H 2 Cl 2 2HCl 22 Bilancia le seguenti reazioni redox con il metodo della variazione del numero di ossidazione. a) 2KMnO 4 5H 2 C 2 O 4 3H 2 SO 4 K 2 SO 4 2MnSO 4 10CO 2 8H 2 O b) Cu 2H 2 SO 4 CuSO 4 SO 2 2H 2 O c) 3Hg 2HNO 3 6HCl 3HgCl 2 2NO 4H 2 O d) Ca 3 (PO 4 ) 2 3SiO 2 5C 3CaSiO 3 2P 5CO e) I 2 10HNO 3 2HIO 3 10NO 2 4H 2 O f) 2SO 2 O 2 2H 2 O 2H 2 SO 4 g) 3Cu 2 S 20HNO 3 6Cu(NO 3 ) 2 3SO 2 10H 2 O 8NO h) 5PCl 3 2KMnO 4 24KOH 2MnCl 2 5K 3 PO 4 11KCl 12H 2 O i) I 2 5H 2 O 2 2HIO 3 4H 2 O 23 Bilancia le seguenti reazioni redox in ambiente a) 8Cr 3 (aq) 3IO 4 (aq) + 2OH 2 O 8CrO 4 2 (aq) 3I (aq) + 4OH b) 4Zn (s) NO 3 (aq) + 1OH + 4Zn 2 (aq) NH 4 (aq) + 3H 2 O c) 3Cu (s) 2NO 3 (aq) + 8H + 2NO (g) 3Cu 2 (aq) + 4H 2 O d) 4MnO 4 (aq) 5C (s) + 12H + 5CO 2(g) 4Mn 2 (aq) + 6H 2 O e) Cr 2 O 7 2 (aq) 3Sn 2 (aq) + 14H + 3Sn 4 (aq) 2Cr 3 (aq) + 7H 2 O 24 Bilancia le seguenti reazioni redox. 2 a) I 2(s) 2S 2 O 3 (aq) 2I 2 (aq) S 4 O 6 (aq) b) 3H 2 S (g) 2NO 3 (aq) + 2H + 3S (s) 2NO (g) + 4H 2 O c) H 2 O 2(aq) 2I (aq) + 2H + I 2(aq) 2H 2 O (l) d) NH 3(g) 2O 2(g) HNO 3(l) H 2 O (l) e) Cl 2(g) IO 3 (aq) 2OH (aq) IO 4 (aq) 2Cl (aq)h 2 O (l) 4 Reazioni redox molto particolari 19 Spiega in che modo il ph può influenzare le reazioni di ossido-riduzione. Rispondi in cinque righe. 20 Che cosa si intende per reazione di dismutazione o disproporzione? 5 Come si bilanciano le reazioni redox 21 Bilancia le seguenti reazioni redox e, per ciascuna di esse, costruisci uno schema come quello della tabella Bilancia le seguenti reazioni redox in ambiente a) 2I (aq) SO 4 2 (aq) + 4H + I 2(s) SO 2(g) + 2H 2 O b) 8I (aq) SO 4 2 (aq) + 10H + 4I 2(s) H 2 S (g) + 4H 2 O c) 3As 2 O 3(s) 4NO 3 (aq) + 7H 2 O 6AsO 4 3 (aq) 4NO (g) + 14H + d) Cr 2 O 7 2 (aq) 3S 2 (aq) + 14H + 3S (s) 2Cr 3 (aq) + 7H 2 O e) 3As 2 O 3(s) 2IO 3 (aq) + 9H 2 O 6AsO 4 3 (aq) 2I (aq) + 18H +

3 26 Bilancia le seguenti reazioni redox in ambiente basico. a) MnO 4 (aq) NO 2(g) + 20H 2 NO 3 (aq) MnO 4 (aq) + H 2 O b) 4Zn (s) NO 3 (aq) + 70H 2 4ZnO 2 (aq) NH 3(g) + 2H 2 O c) H 2 CO (aq) 2Ag (aq) + 30H HCOO (aq) 2Ag (s) + 2H 2 O d) 6KOH (aq) 2Al (s) 2K 3 AlO 3(aq) 3H 2(g) 27 Bilancia le seguenti reazioni redox in ambiente a) 4NH 3(g) 7O 2(g) 4NO 2(g) 6H 2 O (l) b) Fe 2 O 3(s) 3CO (g) 2Fe (s) 3CO 2(g) c) 2H 2 O (l) 2K (s) 2KOH (aq) H 2(g) 28 Aggiungi elettroni in modo opportuno per bilanciare la seguente semireazione, che avviene in so- 2 luzione basica: Cr(OH) 4 (aq) CrO 4 (aq). Cr(OH) 4 + 4OH 2 CrO 4 + 4H 2 O + 3e 29 Bilancia la reazione seguente, che avviene in soluzione basica. Bi 2 O 3(s) 2OCl (aq) + 2OH 2Cl (aq) 2BiO 3 (aq) + H 2 O 30 Bilancia le seguenti reazioni redox che avvengono in ambiente a) 2S 2 O 3 2 ClO + 2H + Cl S 4 O H 2 O b) 2NO 3 Cu + 4H + 2NO 2 Cu 2 + 2H 2 O c) IO 3 3AsO 3 3 I 3AsO 4 3 d) SO 4 2 Zn + 4H + Zn 2 SO 2 + 2H 2 O e) 2Cr 3 3BiO 3 + 4H + Cr 2 O 7 2 3Bi 3 + 2H 2 O f) I 2 5ClO + H 2 O 2IO 3 5Cl + 2H + g) 2Mn 2 5BiO H + 2MnO 4 5Bi 3 + 7H 2 O h) 3H 3 AsO 3 Cr 2 O H + 3H 3 AsO 4 2Cr 3 + 4H 2 O i) 2I HSO 4 + 3H + I 2 SO 2 + 2H 2 O l) 3Sn 4NO 3 + 4H + 3SnO 2 4NO + 2H 2 O m) PbO 2 4Cl + 4H + PbCl 2 Cl 2 + 2H 2 O n) Ag NO 3 + 2H + NO 2 Ag + H 2 O o) 4Fe 3 2NH 3 OH 4Fe 2 N 2 O + 6H + + H 2 O p) 2HNO 2 2I + 2H + I 2 2NO + 2H 2 O q) C 2 O 4 2 2HNO 2 + 2H + 2CO 2 2NO + 2H 2 O r) 5HNO 2 2MnO 4 + H + 2Mn 2 5NO 3 + 3H 2 O s) 3H 3 PO 2 2Cr 2 O H + 3H 3 PO 4 4Cr 3 + 8H 2 O t) 2VO 2 Sn 2 + 4H + 2VO 2 Sn 4 + 2H 2 O u) XeF 2 2Cl Xe 2F Cl 2 Bilancia le seguenti reazioni redox che avvengono in ambiente basico. 2 a) 2CrO 4 3S 2 + 4H 2 O 3S 2CrO 2 + 8OH 2 b) 2MnO 4 3C 2 O 4 + 4H 2 O 6CO 2 2MnO 2 + 8OH c) 4ClO 3 3N 2 H 4 6NO 4Cl + 6H 2 O d) NiO 2 2Mn(OH) 2 Mn 2 O 3 Ni(OH) 2 2 e) 3SO 3 2MnO 4 + H 2 O 2 3SO 4 2MnO 2 + 2OH 2 f) 2CrO 2 3S 2 O 8 + 8OH 2 2 2CrO 4 6SO 4 + 4H 2 O 2 2 g) 3SO 3 2CrO 4 + H 2 O 2 3SO 4 2CrO 2 + 2OH h) 2O 2 N 2 H 4 2H 2 O 2 N 2 i) O 2 4Fe(OH) 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 3 l) 4Au 16CN 3O 2 + 6H 2 O 4Au(CN) 4 12OH Il cloro agisce da sbiancante perché è in grado di ossidare le sostanze colorate fino a renderle incolori. Esso viene pertanto utilizzato nell industria cartaria anche se esiste il problema di eliminarne i residui. Il tiosolfato di sodio, Na 2 S 2 O 3, reagisce con il cloro residuo riducendolo a cloruro e trasformandosi, a sua volta, in ione solfato, 2 SO 4, che può essere facilmente eliminato con il lavaggio in acqua. Scrivi l equazione chimica bilanciata della reazione fra il cloro e lo ione tiosolfato, in soluzione acida. 2 4Cl 2 + S 2 O 3 + 5H 2 O 8Cl 2 + 2SO H + 33 Bilancia le seguenti reazioni redox, usando il metodo della variazione del numero di ossidazione. a) 2HNO 3 3H 3 AsO 3 3H 3 AsO 4 2NO H 2 O b) Nal 3HOCl NalO 3 3HCl c) 6H 2 SO 4 2Al Al 2 (SO 4 ) 3 3SO 2 6H 2 O d) 3SO 2 2HNO 3 2H 2 O 3H 2 SO 4 2NO e) 4Zn 5H 2 SO 4 4ZnSO 4 H 2 S 4H 2 O 34 Bilancia le seguenti reazioni di disproporzione (una stessa specie si ossida e si riduce). 2 2 a) 8S 2 O 3 (aq) S 8(s) 8SO 3 (aq) b) NH 4 NO 3(s) N 2 O (g) 2H 2 O (l) c) Hg 2 Cl 2(s) HgCl 2(s) Hg (l) (già bilanciata) 35 Bilancia le seguenti reazioni di dismutazione. a) 4NaClO 3 NaCl 3NaClO 4 b) 2KMnO 4 MnO 2 K 2 MnO 4 O 2 c) 3NaClO 2NaCl NaClO 3 3

4 d) 4S 6NaOH 2Na 2 S Na 2 S 2 O 3 3H 2 O e) P 2 O 4 5KOH K 2 HPO 3 K 3 PO 4 2H 2 O f) 2P 4 9H 2 O 3KOH 5PH 3 3KH 2 PO 4 6 Equivalenti e normalità nelle reazioni redox 36 Completa la seguente tabella. Sostanza Semireazione Massa molare Massa equivalente Moli equivalenti Relazione tra N e M Zn Zn Zn 2 2e 65,39 32,69 2 N = 2M Na Na 1e Na N = M NO 3 NO 3 3e NO 62 20,6 3 N = 3M Cr 2 O 7 2 Cr 2 O 7 2 6e 2Cr N = 6M K K 1e K N = M 37 A 250 ml di soluzione di KMnO 4 0,1 M vengono aggiunti 150 ml di soluzione di acido ossalico (H 2 C 2 O 4 ) in modo da ottenerne la completa decolorazione, secondo la seguente reazione (da bilanciare): 2KMnO 4 5H 2 C 2 O 4 3H 2 SO 4 K 2 SO 4 2MnSO 4 10CO 2 8H 2 O 38 Calcola la normalità delle due soluzioni e gli equivalenti che reagiscono. KMnO 4 : N = 0,500 eq/l; 5 eq H 2 C 2 O 4 : N = 0,833 eq/l; 0,125 eq 250 ml di soluzione di SnCl 2 a concentrazione incognita vengono aggiunti a 125 ml di una soluzione contenente 0,61 g di K 2 Cr 2 O 7. I due sali reagiscono, in modo completo, secondo la reazione seguente (da bilanciare): 3SnCl 2 K 2 Cr 2 O 7 14HCl 2CrCl 3 2KCl 3SnCl 4 7H 2 O Calcola la normalità della soluzione di K 2 Cr 2 O 7. N = 0,10 eq/l Calcola quanti equivalenti e quanti grammi di SnCl 2 sono presenti nella prima soluzione. 0,013 eq; m = 1,2 g 39 La vitamina C (C 6H 8 O 6 ) in un alimento può essere determinata tramite una titolazione mediante lo ione I 3. La reazione può essere schematizzata come segue: VitC I 3 H 2 O VitC ox 3I 2H 125 ml di succo di limone sono stati titolati con 2,50 ml di soluzione di I 3 0,2 N. Calcola la normalità del succo di limone titolato. N = 0,04 eq/l Calcola quanti grammi di vitamina C vi sono contenuti (la vitamina C ha n e 2). m = 0,044 g Se il fabbisogno giornaliero di vitamina C per l organismo umano è di 60 mg, quanti ml di succo di limone come quello titolato occorrerebbe bere per soddisfare questa richiesta? V = 0,17 L Review (sul libro da pag. 513) 1 Il perossido d idrogeno, H 2O 2, può agire sia da ossidante sia da riducente, come risulta dalle seguen- ti semireazioni. a) H 2 O 2 2H 2H 2 O b) H 2 O 2 O 2 2H c) H 2 O 2 2OH d) H 2 O 2 2OH O 2 2H 2 O In quali reazioni H 2 O 2 agisce da ossidante? a) e c) 2 Uno dei processi ossido-riduttivi più interessanti è la trasformazione dell alcol etilico (contenuto nel vino) in CO 2. Il corpo umano realizza l ossidazione dell alcol in più passaggi. C 2 H 6 O C 2 H 4 O C 2 H 4 O 2 CO 2 alcol aldeide acido diossido etilico acetica acetico di carbonio Calcola i numeri di ossidazione del carbonio e segui il processo di ossidazione attraverso la variazione dei numeri stessi. 4

5 3 I metalli Na e K reagiscono vivacemente con l acqua e producono H 2. Nel corso della reazione i metalli si ossidano o si riducono? si ossidano Qual è l altra specie che cambia numero di ossidazione? l idrogeno di H 2 O da +1 a 0 4 L ossidazione di Fe2 a Fe 3 è accompagnata dalla 2 riduzione del bicromato (Cr 2 O 7 ) a sale di Cr Quante moli di solfato ferroso puoi ossidare con una mole di bicromato? n = 6 mol Il diossido di azoto, NO 2, un agente inquinante, ha un colore rosso-bruno e, quando è presente, conferisce tale colorazione all aria. Il diossido di azoto contribuisce anche alla formazione della pioggia acida perché, quando questa attraversa uno strato di aria contaminata, NO 2 vi si scioglie e subisce la seguente reazione: 3NO 2(g) H 2 O NO (g) 2H (aq) 2NO 3 (aq) Quale elemento viene ridotto e quale viene ossidato in questa reazione? l azoto subisce una reazione di dismutazione: si riduce da +4 a +2 e si ossida da +4 a +5 Una reazione sfruttata per produrre ClO 2 è la seguente. HCl NaClO 2NaClO 2 2ClO 2 2NaCl NaOH. Quale elemento viene ossidato? Quale viene invece ridotto? Quale sostanza è l ossidante e quale il riducente? ossidante: NaClO; riducente: NaClO 2 7 Bilancia le reazioni, note come processo di Claus, per il recupero dello zolfo dall H 2 S contenuto nei gas naturali e nel petrolio. a) 2H 2 S (g) 3O 2(g) 2SO 2(g) 2H 2 O (l) b) 16H 2 S (g) 8SO 2(g) 3S 8(s) 16H 2 O (l) 8 Una reazione quantitativa per determinare il contenuto di ione BH 4 prevede la reazione dello ione boroidruro con Ag, in ambiente basico. Si formano argento metallico e ione borato, B(OH) 4. Stabilisci quante moli di argento precipitano da una mole di BH 4. n = 8 mol 9 Bilancia le seguenti redox con il metodo della variazione del numero di ossidazione: a) 3Cu (s) 8HNO 3(aq) 3Cu(NO 3 ) 2(aq) 2NO (g) + 4H 2 O b) 4Cl 2(g) Na 2 S 2 O 3(aq) 10NaOH (aq) 2Na 2 SO 4(aq) 8NaCl (aq) + 5H 2 O (l) Cl Cl Assign oxidation numbers to the atoms in each of the following. a) H 2 SO 3 H: +1; S: +4; O: 2 b) Cl 2 Cl: O c) NO 3 N: +5; O: 2 d) NaHCO 3 Na: +1; H: +1; C: +4; O: 2 e) SF 6 S: +6; F: 1 Which of the following equations represent redox reactions? For each redox reaction, determine which atom is oxidized and which is reduced, and identify the oxidizing agent and the reducing agent. a) MgO (s) H 2 CO 3(aq) MgCO 3(s) H 2 O (l) b) KNO 3(s) KNO 2(s) O 2(g) oxidized atom: O; reduced atom: N c) H 2(g) CuO (s) Cu (s) H 2 O (l) oxidized atom: H; reduced atom: Cu d) NaOH (s) HCl (s) NaCl (aq) H 2 O (l) e) H 2(g) Cl 2(g) HCl (g) oxidized atom: H; reduced atom: Cl f) SO 3(g) H 2 O (l) H 2 SO 4(aq) Nota: oxidized atom = reducing agent; reduced atom = oxidizing agent Balance the following redox reaction in acidic, acqueous solution. 3Ag (s) NO 3 (aq) + 4H + 3Ag (aq) NO (g) + 2H 2 O In the compound As 4 O 6, arsenic has an oxidation number of +3. What is the oxidation state of arsenic in this compound? 3+ When chlorine is added to drinking water to kill bacteria, some of the chlorine is changed into ions by the following equilibrium: Cl 2(aq) H 2 O H (aq) Cl (aq) HClO (aq) In the forward reaction (the reaction going from left to right), which substance is oxidized and which is reduced? In the reverse reaction, which is the oxidizing agent and which is the reducing agent? forward reaction: Cl 2 is reduced and it is oxidized; reverse reaction: Cl is the reducing agent, HClO is the oxidizing agent 5

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