Idea 9 Elettrochimica

In tutte le reazioni chimiche ha luogo produzione o consumo di una certa quantità di energia. L'elettrochimica è quella branca della chimica in cui vengono studiate le reazioni nelle quali è prodotta o consumata dell'energia elettrica, e cioè quei processi in cui viene prodotto un lavoro elettrico mediante reazioni chimiche oppure nei quali un lavoro elettrico produce reazioni chimiche. Le reazioni interessate sono quelle in cui c'è scambio di elettroni, cioè si tratta di reazioni di ossidoriduzione (redox).

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zinco

Ossidazione di Fe2+ a Fe3+ usando come ossidante Br2

Ossidazione di Br - a Br2 usando come ossidante Cl2

Ossidazione di Cl - a Cl2 usando come ossidante un sale di Fe3+

Dire quale elemento si ossida e quale si riduce nella cella Zn/Zn2+//Ag+/Ag e scrivere le equazioni delle semireazioni

Lo zinco ha potenziale standard minore dell’argento Lo zinco ha potenziale standard minore dell’argento. Quindi, lo zinco si ossida e l’argento si riduce. Le semireazioni di questa pila sono: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e – semireazione anodica Ag+(aq) + e - → Ag(s) semireazione catodica

Dire quale elemento si ossida e quale si riduce nella pila Al / Al3+ // Pb2+ / Pb e scrivere le equazioni delle semireazioni.

L’alluminio ha potenziale standard minore del piombo; quindi si ossida ed il piombo si riduce. Le semireazioni di questa pila sono: Al(s) → Al3+(aq) + 3e – semireazione anodica Pb2+(aq) + 2e - → Pb(s) semireazione catodica

Calcolare il valore della f. e. m Calcolare il valore della f.e.m. della cella Daniell in condizioni standard Zn2+ (aq) + 2e –→ Zn (s) E° = -0,76V Cu2+(aq) + 2e –→ Cu(s) E° = + 0,34V Si ossida quella con potenziale minore cioè lo zinco e si riduce quella con potenziale maggiore , cioè il rame. E° =+0,34V –(-0,76V) = +1,10 V

Zn2+ (aq) + 2e –→ Zn (s) E° = -0,76V Calcolare il valore della f.e.m. della cella Zn / Zn2+ // Pb2+ / Pb in condizioni standard Zn2+ (aq) + 2e –→ Zn (s) E° = -0,76V Pb2+ (aq) + 2e –→ Pb (s) E° = -0,13V Il potenziale st. dello zinco è minore del piombo e quindi lo zinco si ossida ed il piombo si riduce Ered = -0,13 V Eox = -0,76 V E°= -0.13 V - (-0,76V)

L'acido nitrico reagisce con tutti i metalli, tranne l'oro e i metalli del gruppo del platino. I metalli meno elettronegativi vengono attaccati liberando idrogeno. Ad esempio con magnesio: Mg + 2H+ → Mg2+ + H2

Con gli altri metalli l'acido nitrico agisce come acido ossidante, dato che lo ione nitrato è un forte ossidante in soluzione acida, come indicato dai valori del potenziale di riduzione delle reazioni seguenti, e si può ridurre a diossido di azoto o a monossido di azoto: NO 3– + 2H+ +   e– → NO2 +   H2O,     E0 = 0,79 V NO 3– + 4H+ + 3e– → NO  + 2H2O,     E0 = 0,96 V

Nella reazione con i metalli non viene quindi prodotto idrogeno, e i prodotti di reazione possono essere diversi a seconda della concentrazione dell'acido e della temperatura di reazione. Ad esempio, il rame reagisce in acido nitrico diluito a temperatura ambiente come 3Cu + 8HNO3 → 3Cu 2+ + 2NO + 4H2O + 6NO3–

Il monossido di azoto prodotto può reagire con l'ossigeno dell'aria formando NO2. Con acido nitrico più concentrato si forma direttamente NO2: Cu + 4H+ + 2NO3− → Cu2+ + 2NO2 + 2H2O

La maggior parte dei metalli reagisce con l'acido nitrico formando i corrispondenti nitrati, mentre Sn, As, e alcuni metalli del blocco d formano gli ossidi. Al, Fe, Cr e Cu in opportune condizioni possono essere passivati dall'acido concentrato, in seguito alla formazione di una pellicola di ossido protettivo.

Ag +HNO3 → Cu + HNO3→ Zn + HCl → AgNO3+NO2 +H2O Cu(NO3)2+NO +H2O ZnCl2 +H2

Completare e bilanciare le seguenti reazioni Rame + acido nitrico Acido solforico + nitrito di bario Ossido di potassio + acqua Potassio + acqua Cloro + argento Nitrato di argento + cloruro di sodio Idrossido di sodio + ipoclorito di ammonio Dare la definizione di numero di ossidazione e scrivere i numeri di ossidazione di tutti gli elementi dei reagenti e dei prodotti delle reazioni precedenti.

Completare e bilanciare le seguenti reazioni Solfuro di piombo(II) + acido cloridrico Acido solforico + ammoniaca Acido nitrico + idrossido di calcio Rame + acido solforico Ossido di calcio + acqua Ferro + acqua Acqua ossigenata Argento + iodio

Nella reazione tra ferro e acido cloridrico si forma un gas e una sostanza solida. Scrivere la reazione completa e calcolare quanti litri di gas si liberano per reazione di 30 g di ferro a 30°C e 2,5 atmosfere.

Fe + 2HCl→FeCl2 +H2 P.m. del Fe =55,9 30/55,9 = 0,54 PV = nRT 2,5 x = 0,54 · 0,082 · 303 X = 5,4 litri