ossidazione/riduzione, ossidante/riducente
Esercizio tipo: bilanciamento redox 0 +5 +2 +4 Cu(s) + HNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 (g) + H 2 O(l) Determinazione dei numeri di ossidazione Cu(s) + 2HNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 (g) + H 2 O(l) Bilanciamento degli elettroni in base ai numeri di ossidazione Cu(s) + 4HNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 (g) + 2H 2 O(l) Bilanciamento delle altre specie e verifica finale Cu(s) + 4H + +2NO 3- (aq) Cu 2+ + 2NO 2 (g) + 2H 2 O(l) Identificazione degli ioni spettatori e reazione ionica netta
Esercizio tipo: bilanciamento redox +6-1 -1 +3-1 K 2 Cr 2 O 7 (aq) + HI(aq) KI(aq) + CrI 3 (aq) + I 2 (s) + H 2 O(l) 0 K 2 Cr 2 O 7 (aq) + 6HI(aq) KI(aq) + 2CrI 3 (aq) + 3I 2 (s) + H 2 O(l) K 2 Cr 2 O 7 (aq) + 6HI(aq) 2KI(aq) + 2CrI 3 (aq) + 3I 2 (s) + 7H 2 O(l) K 2 Cr 2 O 7 (aq) + 14HI(aq) 2KI(aq) + 2CrI 3 (aq) + 3I 2 (s) + 7H 2 O(l) Cr 2 O 7 (aq) = + 14H + (aq) + 6I - 2Cr 3+( aq) + 3I 2 (s) + 7H 2 O(l)
Esercizio tipo: titolazione redox Per misurare la concentrazione di Ca +2 nel sangue, 1,00 ml di sangue sono trattati con una soluzione di ossalato di sodio (Na 2 C 2 O 4 ). Il precipitato formato di ossalato di calcio (CaC 2 O 4 ) è disciolto in una soluzione acquosa acida per acido solforico diluita. La soluzione ottenuta è stata titolata con una soluzione acquosa 4.88 10-4 M di KMnO 4. Si raggiunge il punto di equivalenza per aggiunta di 2.05 ml di soluzione di KMnO 4. La equazione chimica (da bilanciare ) è: KMnO 4 (aq) + CaC 2 O 4 (s) + H 2 SO 4 (aq) MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + CaSO 4 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) (a) calcolare le moli di Ca 2+ (b) concentrazione ione Ca 2+ espressa in mg Ca +2 per 100 ml di sangue.
Soluzione-parte 1 +7 +3 +2 +4 KMnO 4 (aq) + CaC 2 O 4 (s) + H 2 SO 4 (aq) MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + CaSO 4 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) KMnO 4 (aq) + 5/2CaC 2 O 4 (s) + H 2 SO 4 (aq) MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + CaSO 4 (s) + 5CO 2 (g) + H 2 0(l) 2KMnO 4 (aq) + 5CaC 2 O 4 (s) + H 2 SO 4 (aq) 2MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + CaSO 4 (s) + 10CO 2 (g) + H 2 0(l) 2KMnO 4 (aq) + 5CaC 2 O 4 (s) + 8H 2 SO 4 (aq) 2MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + 5CaSO 4 (s) + 10CO 2 (g) + 8H 2 0(l) 2K + (aq) + 2MnO 4- (aq) + 5Ca 2+ (aq) + 5C 2 O 4 = (aq) + 16H + (aq) + 8SO 4= (aq) 2Mn 2+ (aq) + 8SO 4= (aq) + 2K + (aq) + 5Ca 2+ + 10CO 2 (g) + 8H 2 0(l) 2MnO 4- (aq) + 5C 2 O 4 = (aq) + 16H + (aq) 2Mn 2+ (aq)+ 10CO 2 (g) + 8H 2 0(l)
Titolazione redox
Soluzione-parte 2 calcolare le moli di agente ossidante (i.e. MnO 4- ) (punto equivalenza) n=1.0 10-6 moli ricavare moli di ione ossalato (C 2 O 4= ) (equivalenza stechiometrica) n=2.5 10-6 moli ricavare moli Ca 2+ n=2.5 10-6 moli ricavare massa (mg) di Ca 2+ (40.08 g/mole) in 1.00 ml di sangue 100.2 10-3 mg ricavare massa (mg) di Ca 2+ in 100 ml di sangue 10.0 mg
Esercizio tipo: titolazione redox Un campione di 2.50 ml di latte a basso tenore di grassi è stato trattato con ossalato di sodio ed il precipitato di ossalato di calcio filtrato e disciolto in H 2 SO 4. Il punto di equivalenza ha richiesto 6.53 ml di soluzione 4.56 10-3 M di KMnO 4. (a) Calcolare la molarità di Ca 2+ nel latte. (b) concentrazione di Ca 2+ in g/l. Il valore ottenuto è compatibile con il valore tipico pari a 1.2 g Ca 2+ per litro? 2MnO 4- (aq) + 5C 2 O 4 = + 16H + (aq) 2Mn 2+ + 10CO 2 (g) + 8H 2 0(l)
Soluzione-parte 2 calcolare le moli di agente ossidante (i.e. MnO 4- ) (punto equivalenza) n=30 10-6 moli ricavare moli di ione ossalato (C 2 O 4= ) (equivalenza stechiometrica) n=7.44 10-5 moli ricavare moli Ca 2+ n=7.44 10-5 moli ricavare molarità di Ca 2+ 2.98 10-2 M ricavare concentrazione di Ca 2+ (40.0g g/mol) in g/litro 1.19 g/l
Reazioni di ossido-riduzione di sostanze elementari Reazioni di combinazione Due o più reagenti formano un solo prodotto: X + Y Z Reazioni di decomposizione Un solo reagente forma due o più prodotti: Z X + Y Reazioni di scambio (o spostamento) Doppio scambio: AB + CD AC + BD Scambio semplice: X + YZ XZ + Y Combustione reazione di combinazione con O 2
Reazioni di combinazione di elementi
Reazioni di combinazione di elementi metallo + non metallo composto ionico Esempio: ossidazione di metalli per formare ossidi 4Al(s) + 3O 2 (g) non metallo + non metallo 2Al 2 O 3 (s) composto covalente Esempio: ammoniaca da idrogeno e azoto (scala industriale) N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Esempio: tricloruro di fosforo da fosforo e cloro (reagente produzione di pesticidi) P 4 (s) + 6Cl 2 (g) 4PCl 3 (l) Esempio: monossido di azoto da azoto ed ossigeno N 2 (g) + O 2 (g) 2NO(g)
Reazioni di decomposizione di composti
Reazioni di decomposizione di composti Esempio: produzione di metalli attivi da alogenuri fusi (elettrolisi) MgCl 2 (l) Mg(s) + Cl 2 Esempio: decomposizione termica del clorato di potassio +5-2 -1 0 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) Esempio: decomposizione termica del carbonato di calcio?????? +4-2 -2 +4-2 CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2
Reazione di spostamento (metallo in acqua)
Reazione di spostamento (metallo in acido) Agente riducente Agente ossidante 0 +1 +2 0 Me (s) + 2H + (aq) Me 2+ (aq) + H 2 (g)
Reattività dei metalli in soluzione acquosa acida Ferro (Fe) Zinco (Zn) Magnesio (Mg) Me(s) + 2HCl(aq) H 2 (g) + MeCl 2 (aq)
Reattività dei metalli: capacità di spostare H2
Reazioni di spostamento tra metalli
Reazione di spostamento: rame e nitrato di argento
Reazione di combustione La combustione è il processo di combinazione con l ossigeno, spesso avviene con rilascio di calore e luce. Tutte le reazione di combustione sono reazioni redox, in cui ossigeno elementare è l agente ossidante. La combustione dei combustibili (benzina, gas naturale, carbone ) in genere porta alla formazione di diossido di carbonio e acqua. Esempio:combustione del butano 2C 4 H 10 (g) + 13O 2 (g) 10H 2 O(g) + 8CO 2 (g)
Esercizi di riepilogo 4.1 Quante moli totali di ioni vengono rilasciate quando ciascuno dei seguenti campioni si discioglie completamente in acqua? (a) 0,83 mol di K 3 PO 4 (R: 3.3 moli) (b) 8,11 10-3 g di NiBr 2 3H 2 O (R: 8.93 10-5 moli) (c) 1,23 10 21 unità formula di FeCl 3 (R: 8.17 10-3 moli) 4.2 Quante moli e quanti ioni di ciascuna specie sono presenti nelle seguenti soluzioni acquose? (a) 100 ml di cloruro di alluminio 2,45 M (R:Al +3 0.245 moli, Cl - 0.735 moli) (b) 1,80 L di una soluzione contenente 2,59 g di solfato di litio al litro (R:Li + 0.0848 moli, SO -2 4 0.0424moli) 4.3 Quante moli di ioni H + sono presenti nelle seguenti soluzioni acquose? (a) 1,40 L di acido perclorico 0,25 M (R: 0.35 mol) (b) 1,8 ml di acido nitrico 0,72 M (R: 1.3 10-3 mol) (c) 7,6 L di acido cloridrico 0,056 M (R: 0.43 mol) 4.5 Se 25,98 ml di una soluzione standard di KOH 0,1180 M reagisce con 52,50 ml di soluzione di CH 3 COOH, qual è la molarità della soluzione di acido? (R: 0.0583 M)
4.6 Identificate l agente ossidante e l agente riducente nelle seguenti reazioni: R: (a) Ione permangato (MnO 4- ) agente ossidante, acido ossalico (H 2 C 2 O 4 ) agente riducente (b) Rame metallico (Cu) agente riducente, ione nitrato (NO 3- ) agente ossidante 4.7 Il bicromato di potassio (K 2 Cr 2 O 7 ) ossida l'acido solfidrico (H 2 S) a zolfo elementare (S) in ambiente acido secondo la seguente reazione: K 2 Cr 2 O 7 + H 2 S + HCl CrCl 3 + KCl + S + H 2 O Dopo aver bilanciato, calcolare (a) quanti grammi di bicromato sono necessari ad ossidare 15 g di acido solfidrico e (b) quanto cloruro cromico (CrCl 3 ) si forma. (R: (a) 43.2 g, (b) 46.5 g) )
Soluzione esercizio 4.7 +6-2 +3 0 K 2 Cr 2 O 7 + H 2 S + HCl CrCl 3 + KCl + S + H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + HCl K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + 8HCl Cr 2 O 7= + 3H 2 S + 8H + 2CrCl 3 + KCl + 3S + H 2 O 2CrCl 3 + 2KCl + 3S + 7H 2 O 2Cr 3+ + 3S + 7H 2 O n H2S = 15/34.08 = 0.44 moli n K2Cr2O7 = 0.44/3 = 0.15 moli, g K2Cr2O7 = 0.15 x 294.18 = 43.2 g n CrCl3 = 0.44 x 2/3 = 0.29 moli, g CrCl3 = 0.29 X 158.35 = 46.5 g
4.13 Usate il metodo dei numeri di ossidazione per bilanciare le seguenti equazioni introducendo i coefficienti negli spazi bianchi. Identificate l agente riducente e l agente ossidante in ciascuna reazione:
4.12 L acido nitrico, un acido importante nell industria e in laboratorio, viene prodotto industrialmente mediante il processo Ostwald in più stadi, che comincia con l ossidazione dell ammoniaca: (a) Quali sono l agente ossidante e l agente riducente in ciascuna tappa? (R: 1 O 2 agente ossidante, NH 3 agente riducente; 2 O 2 agente ossidante, NO agente riducente; 3 NO 2 agente riducente ed agente ossidante, disproporzione ) (b) Se si suppone che ciascuna tappa abbia una resa del 100%, quanto vale la massa (in kilogrammi) di ammoniaca che si deve impiegare per produrre 3,0 10 4 kg di HNO 3? (R:1.2 10-4 kg) n HNO3 = 3.0 10 4 /63.01 = 476.11 kmoli n NO2 = 3/2 n HNO3, n NO = n NO2, n NH3 = n NO n NH3 = 3/2 n HNO3 = 3/2 476.11 = 714.16 kmoli g NH3 = 714.16 x 17.03 = 1.2 10 4 kg
4.15 Si determina la quantità di acido ascorbico (vitamina C; C 6 H 8 O 6 ) nelle compresse mediante la reazione con bromo, seguita dalla titolazione dell acido bromidrico con base standard: Una compressa è stata disciolta in acqua ed è stata fatta reagire con Br 2. Poi la soluzione è stata titolata con 43,20 ml di NaOH 0,1350 M. Quanta vitamina C contiene la compressa? (R: 513.6 mg) *40,5 g di alluminio vengono introdotti in una soluzione che contiene 146 g di HCl. Calcolare quante moli di idrogeno si formano. Calcolare inoltre quale dei due reagenti è presente in eccesso e quante moli rimangono senza aver reagito alla fine della reazione. (R: Al 0.17 moli, H 2 2 moli)