woda jako rozpuszczalnik - jagiellonian universitylojewska/wyklady/wyklad_4... · microsoft...

Stechiometria w Stechiometria w roztworachroztworach

Woda jako Woda jako rozpuszczalnikrozpuszczalnik

WWłłaaśściwociwośści wodyci wody

-- budowa czbudowa cząąsteczki ksteczki kąątowatowa-- wiwiąązania Ozania O--H kowalencyjneH kowalencyjne-- czcząąsteczka polarnasteczka polarna

H

O2δ−

δ+

δ+

105°

H

RozpuszczanieRozpuszczanie

++

++

++ −

−

−−

−

−

++

++

+

−

−

−−

−

−

OH

Hδ+

δ+

2δ−

O HH

δ+δ+

2δ−+

−

−

+

Cation

Anion

oddziaływanie polarnych cząsteczek wody z kationami i anionami w sieci krystalicznej soli

rozpuszczalnik (solvent) substancja rozpuszczana (solute)Film1 rozpuszczanie - mechanizm.MOV

ElektrolityElektrolity

mocnemocne –– efektywnie przewodzefektywnie przewodząą prprąąd d ((NaClNaCl, HNO, HNO33))

ssłłabe abe –– ssłłabo przewodzabo przewodząą ((ocet, woda z kranu)ocet, woda z kranu)

nienie--elektrolityelektrolity –– nie przewodznie przewodząą ((czysta woda, roztwczysta woda, roztwóór cukru)r cukru)

ElektrolityElektrolity04_43 Power Source

(a) (b) (c)

+

−

+

+

+

−

−−

−

−+

+

Przewodnictwo elektryczne roztworów wodnych

Obwód zostaje zamknięty i zaczyna płynąć prąd jeżeli roztwór zawiera nośniki ładunku.

(a) Mocny elektrolit zawiera jony gotowe do przenoszenia ładunku.

(b) Słaby elektrolit zawiera mało jonów i jest w stanie przenieść mniej ładunków.

(c) Nie-elektrolit nie zawiera jonów i nie przewodzi prądu.

Film2 roztwory_elektrolity.MOV

KwasyKwasyMocne kwasy Mocne kwasy -- dysocjujdysocjująą cacałłkowicie (100%) z kowicie (100%) z utworzeniem kationutworzeniem kationóów Hw H++ (H(H33OO++) w roztworze) w roztworze

HClHCl –– kwas chlorowodorowy, kwas chlorowodorowy, hydrochlorichydrochloric acidacidHBrHBr –– kwas bromowodorowy, kwas bromowodorowy, hydrobromichydrobromic acidacidHI HI -- kwas jodowodorowy, kwas jodowodorowy, hydroiodichydroiodic acidacidHNOHNO33 –– kwas azotowy (V), kwas azotowy (V), nitricnitric acidacidHH22SOSO44 –– kwas siarkowy (VI), kwas siarkowy (VI), sulfuricsulfuric acidacidHClOHClO33 –– kwas chlorowy (V), kwas chlorowy (V), chloricchloric acidacidHClOHClO44 –– kwas chlorowy (VII), kwas chlorowy (VII), perchloricperchloric acidacid

SSłłabe kwasy abe kwasy –– dysocjujdysocjująą w maw małłym stopniuym stopniu

HF HF –– kwas fluorowodorowy, kwas fluorowodorowy, hydrofluorichydrofluoric acidacidCHCH33COOH COOH –– kwas octowy, kwas octowy, aceticacetic acidacidHH22COCO33 –– kwas wkwas węęglowy, glowy, carboniccarbonic acidacidHH22SOSO33 –– kwas siarkowy (IV), kwas siarkowy (IV), sulfuroussulfurous acidacidHNOHNO22 –– kwas azotowy (III), kwas azotowy (III), nitrousnitrous acidacidHH33POPO44 –– kwas fosforowy (V), kwas fosforowy (V), phosphoricphosphoric acidacid

04_1532

KwasyKwasy

ZasadyZasadyMocne zasadyMocne zasady -- dysocjujdysocjująą cacałłkowicie z utworzeniem kowicie z utworzeniem anionanionóów OHw OH-- w roztworze w roztworze

LiOHLiOH -- lithiumlithium hydroxidehydroxideNaOHNaOH -- sodiumsodium hydroxidehydroxideKOH KOH -- potassiumpotassium hydroxidehydroxideRbOHRbOH -- rubidiumrubidium hydroxidehydroxideCsOHCsOH -- cesiumcesium hydroxidehydroxideCa(OH)Ca(OH)22 -- calciumcalcium hydroxidehydroxideSr (OH)Sr (OH)22 -- strontiumstrontium hydroxidehydroxideBa (OH)Ba (OH)22 -- bariumbarium hydroxidehydroxide

SSłłabe zasadyabe zasady –– dysocjujdysocjująą w maw małłym stopniu ym stopniu NHNH33

NHNH22R, NHRR, NHR22 aminyaminy

Reakcje w roztworachReakcje w roztworach

-- Reakcje wytrReakcje wytrąącaniacaniaAgNOAgNO33((aqaq) + ) + NaCl(NaCl(aqaq) ) →→ AgCl(AgCl(ss) + NaNO) + NaNO33((aqaq))

-- Reakcje kwasReakcje kwas--zasadazasada

NaOH(NaOH(aqaq) + ) + HCl(HCl(aqaq) ) →→ NaCl(NaCl(aqaq) + H) + H22O(O(ll))

-- Reakcje redukcji/utleniania (Reakcje redukcji/utleniania (redoksredoks))

FeFe22OO33((ss) + ) + Al(Al(ss) ) →→ Fe(Fe(ll) + Al) + Al22OO33((ss))

Film3_Rozpuszczanie_HClNaOH_neutr.MOV

Zapis reakcji w roztworachZapis reakcji w roztworach

1.1.CzCząąsteczkowy steczkowy (substraty i produkty w (substraty i produkty w formie zwiformie zwiąązkzkóów)w)AgNOAgNO33((aqaq) + ) + NaCl(NaCl(aqaq) ) →→ AgCl(AgCl(ss) + NaNO) + NaNO33((aqaq))

2.2.CaCałłkowity jonowy kowity jonowy (wszystkie mocne (wszystkie mocne elektrolity w postaci jonelektrolity w postaci jonóów)w)AgAg++((aqaq) + NO) + NO33

−−((aqaq) + ) + NaNa++((aqaq) + ) + ClCl−−((aqaq) ) →→AgCl(AgCl(ss) + ) + NaNa++((aqaq) + NO) + NO33

−−((aqaq))

3.3.SkrSkróócone rcone róównanie jonowe wnanie jonowe (pokazuje (pokazuje tylko sktylko skłładniki reagujadniki reagująące)ce)

AgAg++((aqaq) + ) + ClCl−−((aqaq) ) →→ AgCl(AgCl(ss))

NaNa++ i NOi NO33−− jony jony „„widzowiewidzowie””..

Zapis reakcji w roztworachZapis reakcji w roztworach

Reakcje wytrReakcje wytrąącaniacania

RozpuszczalneRozpuszczalne1.1. wszystkie azotany (NOwszystkie azotany (NO33

−−), ), 2.2. wiwięększokszośćść soli metali alkalicznych (grupa 1) oraz NHsoli metali alkalicznych (grupa 1) oraz NH44

++ ,,3.3. wiwięększokszośćść soli Clsoli Cl−−, Br, Br−− i Ii I−− ((za wyjza wyjąątkiemtkiem AgAg++, Pb, Pb2+2+, Hg, Hg22

2+2+))4.4. wiwięększokszośćść siarczansiarczanóów (SOw (SO44

--)) ((za wyjza wyjąątkiemtkiem BaSOBaSO44, PbSO, PbSO44, , HgSOHgSO44, CaSO, CaSO44))

NierozpuszczlneNierozpuszczlne1.1. wiwięększokszośćść wodorotlnekwodorotlnekóóww OHOH−− ((za wyjza wyjąątkiem tkiem NaOHNaOH, KOH , KOH

rozpuszczlanerozpuszczlane, Ba(OH), Ba(OH)22, Ca(OH), Ca(OH)22 mamałło rozpuszczalneo rozpuszczalne),),2.2. wiwięększokszośćść soli Ssoli S22−−, CO, CO33

22−−, CrO, CrO4422−−, PO, PO44

33−−,,

ReguRegułły rozpuszczalnoy rozpuszczalnośścici

SOSO4422----, CO, CO33

22--Prawie wszystkiePrawie wszystkieII grupa ukII grupa ukłładu okresowego:adu okresowego:MgMg2+2+, Ca, Ca2+2+, Sr, Sr2+2+, Ba, Ba2+2+

--WszystkieWszystkieI grupa ukI grupa ukłładu okresowego:adu okresowego:NaNa++, K, K++ itditd

anionuanionuanionuanionukationukationu

Prawie wszystkiePrawie wszystkieNaNa++, K, K++OHOH--

Prawie wszystkiePrawie wszystkieI grupa ukI grupa ukłładu adu okresowego:okresowego:NaNa++, K, K++ itditd

SS22--

AgAg++, Pb, Pb2+2+, Hg, Hg222+2+Prawie wszystkiePrawie wszystkieClCl----, , II--, , BrBr--

Prawie wszystkiePrawie wszystkieI grupa ukI grupa ukłładu adu okresowego:okresowego:NaNa++, K, K++ itditd

CrOCrO4422--

Prawie wszystkiePrawie wszystkieI grupa ukI grupa ukłładu adu okresowego:okresowego:NaNa++, K, K++ itditd

COCO3322--

Prawie wszystkiePrawie wszystkieI grupa ukI grupa ukłładu adu okresowego:okresowego:NaNa++, K, K++ itditd

POPO4433--

--Wszystkie kationyWszystkie kationyNONO33--

II grupa ukII grupa ukłładu okresowego:adu okresowego:MgMg2+2+, Ca, Ca2+2+, Sr, Sr2+2+, Ba, Ba2+2+

Oraz PbOraz Pb2+2+, Hg, Hg2+2+

Prawie wszystkiePrawie wszystkieSOSO4422--

kationukationukationukationuanionuanionu

nierozpuszczalnenierozpuszczalnerozpuszczalnerozpuszczalnesolesole

Reakcje Reakcje redoksredoks

CaSOCaSO44

SOSO4422--= = --22

Suma stopni utlenienia w czSuma stopni utlenienia w cząąsteczce bez steczce bez łładunku = 0 adunku = 0 Suma stopni utlenienia w czSuma stopni utlenienia w cząąsteczce z steczce z łładunkiem = adunkiem = łładunek jonuadunek jonu

6.6.NaFNaF, CaCl, CaCl22, AlI, AlI33, , KBrKBrF, Cl, Br, I w zwiF, Cl, Br, I w zwiąązkach = zkach = --115.5.HClHCl, H, H22O, NHO, NH33, CH, CH44H = +1 w zwiH = +1 w zwiąązkach kowalencyjnych zkach kowalencyjnych 4.4.

CO, COCO, CO22, SO, SO22, SO, SO33, , HH22O (HO (H22OO22))

O = O = --2 w zwi2 w zwiąązkach kowalencyjnych (za zkach kowalencyjnych (za wyjwyjąątkiem nadtlenktkiem nadtlenkóów = w = --1)1)

3.3.NaNa++ = +1, Cl= +1, Cl-- = = --11Stan utlenienia jonu = Stan utlenienia jonu = łładunekadunek2.2.

Na, ONa, O22, O, O33StopieStopieńń utlenienia atomu w pierwiastku = 0utlenienia atomu w pierwiastku = 01.1.

ReguRegułły okrey okreśślania stopnia utlenienialania stopnia utlenienia

Bilansowanie rBilansowanie róównawnańń redoksredoks(w (w śśrodrod. kwa. kwaśśnym) nym)

1.1.Napisz osobno reakcje utleniania i redukcji.Napisz osobno reakcje utleniania i redukcji.

2.2.Dla kaDla każżdej reakcji podej reakcji połłóówkowej:wkowej:-- zbilansuj pierwiastki (przbilansuj pierwiastki (próócz H, O)cz H, O)-- zbilansuj O za pomoczbilansuj O za pomocąą HH22OO-- zbilansuj H za pomoczbilansuj H za pomocąą HH++

-- zbilansuj zbilansuj łładunek za pomocadunek za pomocąą elektronelektronóóww

Metoda reakcji poMetoda reakcji połłóówkowychwkowych

3.3.JeJeśśli potrzeba pomnli potrzeba pomnóóżż przez liczbprzez liczbęę cacałłkowitkowitąąaby zraby zróównawnaćć liczbliczbęę elektronelektronóów.w.

4.4.Dodaj reakcje poDodaj reakcje połłóówkowe.wkowe.

5.5.SprawdSprawdźź czy pierwiastki i czy pierwiastki i łładunki siadunki sięębilansujbilansująą..

Bilansowanie rBilansowanie róównawnańń redoksredoks(w (w śśrodrod. kwa. kwaśśnym)nym)

Bilansowanie rBilansowanie róównawnańń redoksredoks(w (w śśrodrod. zasadowym). zasadowym)

1.1.Zbilansuj rZbilansuj róównanie tak jak w przypadku wnanie tak jak w przypadku kwaskwasóów.w.

2.2.Dodaj OHDodaj OH−− by zrby zróównowawnoważżyyćć HH++ (do obu stro(do obu strońńrróównania!)wnania!)

3.3.UtwUtwóórz czrz cząąsteczki wody z Hsteczki wody z H++, OH, OH−−..

4.4.SprawdSprawdźź czy pierwiastki i czy pierwiastki i łładunki siadunki sięę bilansujbilansująą..

PrzykPrzykłład 1 ad 1 śśrodowisko kwarodowisko kwaśśnene

Cu(s) + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO(g)

1) Cu(s) → Cu2+`

2) NO3- → NO(g)

Cu(s) + NO3- → Cu2+ + NO(g)

Cu(s) + NO3- → Cu2+ + NO(g)

1) Cu(s) → Cu2+ + 2e

2) NO3- + 4H+ + 3e → NO(g) + 2H2O red

ox

PrzykPrzykłład 1 ad 1 śśrodowisko kwarodowisko kwaśśnene

Cu(s) + NO3- → Cu2+ + NO(g)

1) 3Cu(s) → 3Cu2+ + 6e

2) 2NO3- + 8H+ + 6e → 2NO(g) + 4H2O x2

3Cu(s) + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO(g) + 4H2O

x3

PrzykPrzykłład 1 ad 1 śśrodowisko kwarodowisko kwaśśnene

CN- + MnO4- → CNO- + MnO2

PrzykPrzykłład 2 ad 2 -- śśrodowisko zasadowerodowisko zasadowe

1) CN- → CNO-

2) MnO4- → MnO2

1) CN- + H2O → CNO- + 2H+ + 2e

2) MnO4- + 4H+ + 3e → MnO2 + 2H2Ox2

x3

red

ox

PrzykPrzykłład 2 ad 2 -- śśrodowisko zasadowerodowisko zasadowe

1) 3CN- + 3H2O → 3CNO- + 6H+ + 6e

2) 2MnO4- + 8H+ + 6e → 2MnO2 + 4H2Ox2

x3

PrzykPrzykłład 2 ad 2 -- śśrodowisko zasadowerodowisko zasadowe

1) 3CN- + 3H2O → 3CNO- + 6H+ + 6e

2) 2MnO4- + 8H+ + 6e→ 2MnO2 + 4H2Ox2

x3

3CN- + 2MnO4- +2H+→ 3CNO- + 2MnO2 + H2O

1)+2)

PrzykPrzykłład 2 ad 2 -- śśrodowisko zasadowerodowisko zasadowe

1) 3CN- + 3H2O → 3CNO- + 6H+ + 6e

2) 2MnO4- + 8H+ + 6e → 2MnO2 + 4H2Ox2

x3

3CN- + 2MnO4- +2H+→ 3CNO- + 2MnO2 + H2O

+OH-

3CN- + 2MnO4- + H2O → 3CNO- + 2MnO2 + 2OH-

PrzykPrzykłład 2 ad 2 -- śśrodowisko zasadowerodowisko zasadowe