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1 ESERCITAZIONE di CHIMICA 26 ottobre 2012 REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE STRUTTURE DI LEWIS.

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1 1 ESERCITAZIONE di CHIMICA 26 ottobre 2012 REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE STRUTTURE DI LEWIS

2 2 OSSIDAZIONE e RIDUZIONE

3 3 STATO DI OSSIDAZIONE Carica elettrica che assumono gli atomi di una molecola considerando tutti legami ionici! Positivo: latomo ha perso elettroni! Negativo: latomo ha acquistato elettroni! Zero: latomo non ha scambiato elettroni!

4 4 STATO DI OSSIDAZIONE Ossigeno (nei composti!): di norma -2 (tranne nei perossidi dove è -1!) Idrogeno (nei composti!): di norma +1 (tranne negli idruri dove è -1!) +1 -1 +1 -2 +1 +6 -2 0 0 Na Cl H 2 O H 2 S O 4 O 2 Na +1 -1+1 -1 Na HH 2 O 2

5 Elettronegatività degli elementi 1 1H2He 2,1- 2 3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne 1,01,52,02,53,03,54,0- 3 11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar 0,91,21,51,82,12,53,0- 4 19K20Ca31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr 0,81,01,61,82,02,42,8- 5 37Rb38Sr49In50Sn51Sb52Te53I54Xe 0,81,01,71,81,92,12,5- 6 55Cs56Ba81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn 0,70,91,8 1,92,02,2-

6 6 Cu 2+ 2 e - Cu 0 + FORMA RIDOTTA elettroni FORMA OSSIDATA + reazione di ossidazione FORMA OSSIDATA elettroni FORMA RIDOTTA + reazione di riduzione Cu 2+ 2 e - Cu 0 +

7 7... concludendo... Ossidazione: perdita di elettroni Riduzione: acquisto di elettroni Ossidante: acquista elettroni Riducente: perde elettroni

8 8 REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE

9 9 Cu + H 2 SO 4 + HCl CuCl 2 + SO 2 + H 2 O 1 Cu 1 CuCl 2 + 2 e - 1 H 2 SO 4 + 2 e - 1 SO 2 1 Cu + 1 H 2 SO 4 + HCl 1 CuCl 2 + 1 SO 2 + H 2 O 1 Cu + 1 H 2 SO 4 + 2 HCl 1 CuCl 2 + 1 SO 2 + 2 H 2 O

10 10 I 2 + HNO 3 HIO 3 + NO 2 + H 2 O 1 I 2 2 HIO 3 + 10 e - 1 HNO 3 + 1 e - 1 NO 2 10 HNO 3 + 10 e - 10 NO 2 1 I 2 + 10 HNO 3 2 HIO 3 + 10 NO 2 + H 2 O 1 I 2 + 10 HNO 3 2 HIO 3 + 10 NO 2 + 4 H 2 O

11 11 FeSO 4 + KIO 3 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O 2 FeSO 4 1 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2 e - 10 FeSO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 10 e - 2 KIO 3 + 10 e - 1 I 2 10 FeSO 4 + 2 KIO 3 + H 2 SO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 1 I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O 10 FeSO 4 + 2 KIO 3 + H 2 SO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 1 I 2 + 1 K 2 SO 4 + H 2 O 10 FeSO 4 + 2 KIO 3 + 6 H 2 SO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 1 I 2 + 1 K 2 SO 4 + 6 H 2 O

12 12 FeCl 2 + K 2 Cr 2 O 7 + HCl FeCl 3 + CrCl 3 + KCl + H 2 O 1 FeCl 2 1 FeCl 3 + 1 e - 6 FeCl 2 6 FeCl 3 + 6 e - 1 K 2 Cr 2 O 7 + 6 e - 2 CrCl 3 6 FeCl 2 + 1 K 2 Cr 2 O 7 + HCl 6 FeCl 3 + 2 CrCl 3 + KCl + H 2 O 6 FeCl 2 + 1 K 2 Cr 2 O 7 + HCl 6 FeCl 3 + 2 CrCl 3 + 2 KCl + H 2 O 6 FeCl 2 + 1 K 2 Cr 2 O 7 + 14 HCl 6 FeCl 3 + 2 CrCl 3 + 2 KCl + 7 H 2 O

13 13 1 2008-2009 Bilanciare la reazione e calcolare i grammi di acqua che si ottengono da 4,95 g di acido ossalico in presenza di un eccesso di permanganato di potassio e acido solforico H 2 C 2 O 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 CO 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O masse atomiche (uma): H = 1 C = 12 O = 16 K = 39 Mn = 55 S = 32

14 14 2 H 2 C 2 O 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 CO 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 1 H 2 C 2 O 4 2 CO 2 + 2 e - 5 H 2 C 2 O 4 10 CO 2 + 10 e - 1 KMnO 4 + 5 e - 1 MnSO 4 2 KMnO 4 + 10 e - 2 MnSO 4 5 H 2 C 2 O 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 5 H 2 C 2 O 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + H 2 O 5 H 2 C 2 O 4 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + 8 H 2 O

15 15 3... 4,95 g di acido ossalico... 5 H 2 C 2 O 4 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + 8 H 2 O massa H 2 C 2 O 4 = 4,95 g massa molare H 2 C 2 O 4 = 90 g / mol moli H 2 C 2 O 4 = 4,95 / 90 = 0,055 mol moli H 2 O = moli H 2 C 2 O 4 x (8 / 5) = 0,088 mol massa molare H 2 O = 18 g / mol massa H 2 O = 18 x 0,088 = 1,58 g

16 16 4... e gli altri reagenti e prodotti... reagentiprodotti H 2 C 2 O 4 = 4,95 gCO 2 = 4,84 g KMnO 4 = 3,47 gMnSO 4 = 3,32 g H 2 SO 4 = 3,23 gK 2 SO 4 = 1,91 g H 2 O = 1,58 g totale = 11,65 g

17 17 1 2009-2010 Bilanciare la reazione e calcolare i grammi di acido nitrico che si ottengono da 23,70 g di permanganato di potassio in presenza di un eccesso di acidi solforico e nitroso HNO 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 HNO 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O masse atomiche (uma): H = 1 N = 14 O = 16 K = 39 Mn = 55 S = 32

18 18 2 HNO 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 HNO 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 1 HNO 2 1 HNO 3 + 2 e - 5 HNO 2 5 HNO 3 + 10 e - 1 KMnO 4 + 5 e - 1 MnSO 4 2 KMnO 4 + 10 e - 2 MnSO 4 5 HNO 2 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 5 HNO 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 5 HNO 2 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 5 HNO 3 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + H 2 O 5 HNO 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 5 HNO 3 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + 3 H 2 O

19 19 3... 23,7 g di permanganato di potassio... 5 HNO 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 5 HNO 3 + 2 MnSO 4 + 1 K 2 SO 4 + 3 H 2 O massa KMnO 4 = 23,70 g massa molare KMnO 4 = 158 g / mol moli KMnO 4 = 23,70 / 158 = 0,15 mol moli HNO 3 = moli KMnO 4 x (5 / 2) = 0,375 mol massa molare HNO 3 = 63 g / mol massa HNO 3 = 63 x 0,375 = 23,63 g

20 20 4... e gli altri reagenti e prodotti... reagentiprodotti HNO 2 = 17,63 gHNO 3 = 23,63 g KMnO 4 = 23,70 gMnSO 4 = 22,65 g H 2 SO 4 = 22,05 gK 2 SO 4 = 13,05 g H 2 O = 4,05 g totale = 63,38 g

21 21 1 2009-2010 Bilanciare la reazione e calcolare i grammi di ossido di azoto NO che si ottengono da 9,30 g di solfuro di mercurio HgS con un eccesso di acidi nitrico e cloridrico HgS + HNO 3 + HCl S + NO + HgCl 2 + H 2 O masse atomiche (uma): Hg = 200,5 S = 32 H = 1 N = 14 O = 16 Cl = 35,5

22 22 2 HgS + HNO 3 + HCl S + NO + HgCl 2 + H 2 O 1 HgS 1 S + 2 e - 3 HgS 3 S + 6 e - 1 HNO 3 + 3 e - 1 NO2 HNO 3 + 6 e - 2 NO 3 HgS + 2 HNO 3 + HCl 3 S + 2 NO + HgCl 2 + H 2 O 3 HgS + 2 HNO 3 + 6 HCl 3 S + 2 NO + 3 HgCl 2 + 4 H 2 O

23 23 3... 9,30 g di solfuro di mercurio 3 HgS + 2 HNO 3 + 6 HCl 3 S + 2 NO + 3 HgCl 2 + 4 H 2 O massa HgS = 9,30 g massa molare HgS = 232,5 g / mol moli HgS = 9,30 / 232,6 = 0,04 mol moli NO = moli HgS x (2 / 3) = 0,027 mol massa molare NO = 30 g / mol massa NO = 30 x 0,027 = 0,80 g

24 24 4... e gli altri reagenti e prodotti... reagentiprodotti HgS = 9,30 gS = 1,28 g HNO 3 = 1,68 gNO = 0,80 g HCl = 2,92 gHgCl 2 = 10,86 g H 2 O = 0,96 g totale = 13,90 g

25 25 REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE in forma ionica

26 26 Fe 2+ + MnO 4 - + H + Fe 3+ + Mn 2+ + H 2 O 1 Fe 2+ 1 Fe 3+ + 1 e - 5 Fe 2+ 5 Fe 3+ + 5 e - 1 MnO 4 - + 5 e - 1 Mn 2+ 1 MnO 4 - + 5 Fe 2+ + H + 1 Mn 2+ + 5 Fe 3+ + H 2 O 1 MnO 4 - + 5 Fe 2+ + 8 H + 1 Mn 2+ + 5 Fe 3+ + 4 H 2 O

27 27 Cr 3+ + ClO - + OH - CrO 4 2- + Cl - + H 2 O 1 Cr 3+ 1 CrO 4 2- + 3 e - 2 Cr 3+ 2 CrO 4 2- + 6 e - 1 ClO - + 2 e - 1 Cl - 3 ClO - + 6 e - 3 Cl - 2 Cr 3+ + 3 ClO - + OH - 2 CrO 4 2- + 3 Cl - + H 2 O 2 Cr 3+ + 3 ClO - + 10 OH - 2 CrO 4 2- + 3 Cl - + 5 H 2 O

28 28 Cr(OH) 4 - + Cl 2 + OH - CrO 4 2- + Cl - + H 2 O 1 Cr(OH) 4 - 1 CrO 4 2- + 3 e - 2 Cr(OH) 4 - 2 CrO 4 2- + 6 e - 1 Cl 2 + 2 e - 2 Cl - 3 Cl 2 + 6 e - 6 Cl - 2 Cr(OH) 4 - + 3 Cl 2 + OH - 2 CrO 4 2- + 6 Cl - + H 2 O 2 Cr(OH) 4 - + 3 Cl 2 + 8 OH - 2 CrO 4 2- + 6 Cl - + 8 H 2 O

29 29 REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE casi particolari!

30 30 Cu + H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O 1 Cu 1 CuSO 4 + 2 e - 1 H 2 SO 4 + 2 e - 1 SO 2 1 Cu + 1 H 2 SO 4 1 CuSO 4 + 1 SO 2 + H 2 O 1 Cu + 2 H 2 SO 4 1 CuSO 4 + 1 SO 2 + 2 H 2 O

31 31 HCl + KMnO 4 Cl 2 + MnCl 2 + KCl + H 2 O 2 HCl 1 Cl 2 + 2 e - 10 HCl 5 Cl 2 + 10 e - 1 KMnO 4 + 5 e - 1 MnCl 2 2 KMnO 4 + 10 e - 2 MnCl 2 10 HCl + 2 KMnO 4 5 Cl 2 + 2 MnCl 2 + KCl + H 2 O 10 HCl + 2 KMnO 4 5 Cl 2 + 2 MnCl 2 + 2 KCl + H 2 O 16 HCl + 2 KMnO 4 5 Cl 2 + 2 MnCl 2 + 2 KCl + 8 H 2 O

32 32 DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE Cl 2 + OH - ClO - + Cl - + H 2 O 1 Cl 2 2 ClO - + 2 e - 1 Cl 2 + 2 e - 2 Cl - 2 Cl 2 + OH - 2 ClO - + 2 Cl - + H 2 O 2 Cl 2 + 4 OH - 2 ClO - + 2 Cl - + 2 H 2 O 1 Cl 2 + 2 OH - 1 ClO - + 1 Cl - + 1 H 2 O

33 33 DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE MnO 4 2- + H + MnO 4 - + MnO 2 + H 2 O 1 MnO 4 2- 1 MnO 4 - + 1 e - 2 MnO 4 2- 2 MnO 4 - + 2 e - 1 MnO 4 2- + 2 e - 1 MnO 2 3 MnO 4 2- + H + 2 MnO 4 - + 1 MnO 2 + H 2 O 3 MnO 4 2- + 4 H + 2 MnO 4 - + 1 MnO 2 + 2 H 2 O

34 34 DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE Cl 2 + OH - ClO 3 - + Cl - + H 2 O 1 Cl 2 2 ClO 3 - + 10 e - 1 Cl 2 + 2 e - 2 Cl - 5 Cl 2 + 10 e - 10 Cl - 6 Cl 2 + OH - 2 ClO 3 - + 10 Cl - + H 2 O 6 Cl 2 + 12 OH - 2 ClO 3 - + 10 Cl - + 6 H 2 O 3 Cl 2 + 6 OH - 1 ClO 3 - + 5 Cl - + 3 H 2 O

35 35 CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI moli soluto (mol) Molarità (mol / L) = ------------------------------ volume soluzione (L) massa soluto (g) % massa / massa = ----------------------------- x 100 massa soluzione (g) massa soluto (g) % massa / volume = -------------------------------- x 100 volume soluzione (mL)

36 36 1 2008-2009 Bilanciare la reazione e calcolare i grammi di ossigeno che si ottengono da 1 litro di acqua ossigenata 0,8 mol / L con un eccesso di cloruro ferrico FeCl 3 + H 2 O 2 FeCl 2 + O 2 + HCl masse atomiche (uma): Fe = 56 Cl = 35,5 H = 1 O = 16

37 37 2 FeCl 3 + H 2 O 2 FeCl 2 + O 2 + HCl 1 H 2 O 2 1 O 2 + 2 e - 1 FeCl 3 + 1 e - 1 FeCl 2 2 FeCl 3 + 2 e - 2 FeCl 2 2 FeCl 3 + 1 H 2 O 2 2 FeCl 2 + 1 O 2 + HCl 2 FeCl 3 + 1 H 2 O 2 2 FeCl 2 + 1 O 2 + 2 HCl

38 38 3... 1 L acqua ossigenata 0,8 mol / L... 2 FeCl 3 + 1 H 2 O 2 2 FeCl 2 + 1 O 2 + 2 HCl moli H 2 O 2 = 0,8 mol moli O 2 = moli H 2 O 2 = 0,8 mol massa molare O 2 = 32 g / mol massa O 2 = 32 x 0,8 = 25,6 g

39 39 4... e gli altri reagenti e prodotti... reagentiprodotti FeCl 3 = 260,0 gFeCl 2 = 203,2 g H 2 O 2 = 27,2 gO 2 = 25,6 g HCl = 58,4 g totale = 287,2 g

40 40 1 2011-2012 15 mL di una soluzione di acido ipocloroso 15 mM sono ridotti da 18,7 mL di una soluzione di iodio 2 mM secondo la reazione I 2 + HClO HIO 3 + HCl Determinare: natura e quantità in grammi del reagente in eccesso (dopo la reazione!) quantità in grammi di HIO 3 ottenuta

41 41 2 I 2 + HClO HIO 3 + HCl 1 I 2 2 HIO 3 + 10 e - 1 HClO + 2 e - 1 HCl5 HClO + 10 e - 5 HCl 1 I 2 + 5 HClO 2 HIO 3 + 5 HCl 1 H 2 O + 1 I 2 + 5 HClO 4 2 HIO 3 + 5 HCl

42 42 3... 15 mL HClO 15 mM... 18,7 mL iodio 2 mM 1 H 2 O + 1 I 2 + 5 HClO 2 HIO 3 + 5 HCl moli HClO = M x V = 15 x 10 -3 x 15 x 10 -3 = 225 x 10 -6 mol moli I 2 = M x V = 2 x 10 -3 x 18,7 x 10 -3 = 37,4 x 10 -6 mol moli HClO teoriche = mol I 2 x 5 = 37,4 x 10 -6 x 5 = 187 x 10 -6 I 2 è in difetto!HClO è in eccesso!

43 43 4 1 H 2 O + 1 I 2 + 5 HClO 2 HIO 3 + 5 HCl I 2 è in difetto!HClO è in eccesso! moli I 2 = 37,4 x 10 -6 mol moli HClO che reagiscono = moli I 2 x 5 = 187 x 10 -6 mol moli HClO iniziali = 225 x 10 -6 moli HClO in eccesso = (225 - 187) x 10 -6 = 38 x 10 -6 mol massa molare HClO = 52,5 g / mol massa HClO in eccesso = 38 x 10 -6 x 52,5 = 2,0 x 10 -3 g

44 44 4 1 H 2 O + 1 I 2 + 5 HClO 2 HIO 3 + 5 HCl I 2 è in difetto!HClO è in eccesso! moli I 2 = 37,4 x 10 -6 mol moli HIO 3 che si formano = moli I 2 x 2 = 74,8 x 10 -6 mol massa molare HIO 3 = 176 g / mol massa HIO 3 = 74,8 x 10 -6 x 176 = 13,2 x 10 -3 g

45 45 STRUTTURE di LEWIS

46 1 1H2He idrogenoelio 2 3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne litioberillioborocarbonioazotoossigenofluoroneo 3 11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar sodiomagne-sioallumi-niosiliciofosforozolfocloroargo 4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25 MnMn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr potassiocalcioscandiotitaniovanadiocromo manga- nese ferrocobaltonichelramezincogallio germa- nio arsenicoseleniobromocripto 5 37Rb38Sr39Y40Zr41Nb42 Mo 43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe rubidiostronzioittriozirconioniobio molib- deno tecnezioruteniorodiopalladioargentocadmioindiostagno antimo- nio tellurioiodioxeno 6 55Cs56Ba57La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn cesiobariolantanioafniotantalio wolfra- mio renioosmioiridioplatinooromercuriotalliopiombobismutopolonioastatorado 7 87Fr88Ra89Ac 104 Rf105 Db106 Sg107 Bh108 Hs109 Mt 110111112113114115116117118 francioradioattinio ruther- fordio dubnio seabor- gio bohriohassio meitne- rio 6 58 Ce59 Pr60 Nd61 Pm62 Sm63 Eu64 Gd65 Tb66 Dy67 Ho68 Er69 Tm70 Yb71 Lu cerio praseo- dimio neodi- mio prome- zio samarioeuropiogadoli-nioterbiodispro-sioolmioerbiotulioitterbiolutezio 7 90 Th91 Pa92 U93 Np94 Pu95 Am96 Cm97 Bk98 Cf99 Es100101102103 torio protoat- tinio uranionettunioplutonioamericiocurioberche-lio califor- nio einste-niofermio mende- levio nobeliolauren-zio Tavola periodica degli elementi

47 47 Regole di Lewis nregolaesempi 1 duetto 2 ottetto incompleto 2 ottetto 3 ottetto espanso

48 48 Regole di Lewis nregolaesempi 1 duetto 2 ottetto incompleto 2 ottetto 3 ottetto espanso

49 49 Regole di Lewis Contare gli elettroni (valenza + carica): dividere per 2 per ottenere le coppie di elettroni Posizionare gli atomi e unirli con legami semplici (coppia di elettroni) Assegnare le coppie di elettroni restanti partendo dagli atomi più elettronegativi fino a raggiungere lottetto Spostare le coppie per raggiungere lottetto

50 50

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53 53

54 54

55 55

56 56

57 57

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59 59

60 60 Regole di Lewis nregolaesempi 1 duetto 2 ottetto incompleto 2 ottetto 3 ottetto espanso

61 61 Regole di Lewis Contare gli elettroni (valenza + carica): dividere per 2 per ottenere le coppie di elettroni Posizionare gli atomi e unirli con legami semplici e spostare le coppie di elettroni per raggiungere lottetto Calcolare la carica formale Spostare le coppie fino ridurre le cariche formali

62 62

63 63

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69 69

70 70

71 71 FINE !


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