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

OSSIDAZIONE e RIDUZIONE 2

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

Ossigeno (nei composti!): 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 H2 O H2 S O4 O2 Na +1 -1 +1 -1 Na H H2 O2 4

Elettronegatività degli elementi 1 H 2 He 2,1 - 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 0,9 1,2 1,8 19 K 20 Ca 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 0,8 1,6 2,4 2,8 37 Rb 38 Sr 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 1,7 1,9 55 Cs 56 Ba 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 0,7 2,2

reazione di ossidazione Cu2+ 2 e- Cu0 + FORMA RIDOTTA elettroni OSSIDATA reazione di ossidazione FORMA OSSIDATA elettroni RIDOTTA + reazione di riduzione Cu2+ 2 e- Cu0 6

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

REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE 8

Cu + H2SO4 + HCl  CuCl2 + SO2 + H2O 1 Cu  1 CuCl2 + 2 e- 1 H2SO4 + 2 e-  1 SO2 1 Cu + 1 H2SO4 + HCl  1 CuCl2 + 1 SO2 + H2O 1 Cu + 1 H2SO4 + 2 HCl  1 CuCl2 + 1 SO2 + 2 H2O

I2 + HNO3  HIO3 + NO2 + H2O 1 I2 + 10 HNO3  2 HIO3 + 10 NO2 + H2O 1 I2  2 HIO3 + 10 e- 1 I2  2 HIO3 + 10 e- 1 HNO3 + 1 e-  1 NO2 10 HNO3 + 10 e-  10 NO2 1 I2 + 10 HNO3  2 HIO3 + 10 NO2 + H2O 1 I2 + 10 HNO3  2 HIO3 + 10 NO2 + 4 H2O

FeSO4 + KIO3 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O 2 FeSO4  1 Fe2(SO4)3 + 2 e- 10 FeSO4  5 Fe2(SO4)3 + 10 e- 2 KIO3 + 10 e-  1 I2 2 KIO3 + 10 e-  1 I2 10 FeSO4 + 2 KIO3 + H2SO4  5 Fe2(SO4)3 + 1 I2 + K2SO4 + H2O 10 FeSO4 + 2 KIO3 + H2SO4  5 Fe2(SO4)3 + 1 I2 + 1 K2SO4 + H2O 10 FeSO4 + 2 KIO3 + 6 H2SO4  5 Fe2(SO4)3 + 1 I2 + 1 K2SO4 + 6 H2O 11

FeCl2 + K2Cr2O7 + HCl  FeCl3 + CrCl3 + KCl + H2O 1 FeCl2  1 FeCl3 + 1 e- 6 FeCl2  6 FeCl3 + 6 e- 1 K2Cr2O7 + 6 e-  2 CrCl3 1 K2Cr2O7 + 6 e-  2 CrCl3 6 FeCl2 + 1 K2Cr2O7 + HCl  6 FeCl3 + 2 CrCl3 + KCl + H2O 6 FeCl2 + 1 K2Cr2O7 + HCl  6 FeCl3 + 2 CrCl3 + 2 KCl + H2O 6 FeCl2 + 1 K2Cr2O7 + 14 HCl  6 FeCl3 + 2 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O

H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4  CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 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 H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4  CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O masse atomiche (uma): H = 1 C = 12 O = 16 K = 39 Mn = 55 S = 32 13

H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4  CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 1 H2C2O4  2 CO2 + 2 e- 5 H2C2O4  10 CO2 + 10 e- 1 KMnO4 + 5 e-  1 MnSO4 2 KMnO4 + 10 e-  2 MnSO4 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + H2SO4  10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + H2O 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + H2SO4  10 CO2 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + H2O 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4  10 CO2 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + 8 H2O 14

massa molare H2C2O4 = 90 g / mol moli H2C2O4 = 4,95 / 90 = 0,055 mol 3 ... 4,95 g di acido ossalico ... 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4  10 CO2 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + 8 H2O massa H2C2O4 = 4,95 g massa molare H2C2O4 = 90 g / mol moli H2C2O4 = 4,95 / 90 = 0,055 mol moli H2O = moli H2C2O4 x (8 / 5) = 0,088 mol massa molare H2O = 18 g / mol massa H2O = 18 x 0,088 = 1,58 g 15

... e gli altri reagenti e prodotti ... 4 ... e gli altri reagenti e prodotti ... reagenti prodotti H2C2O4 = 4,95 g CO2 = 4,84 g KMnO4 = 3,47 g MnSO4 = 3,32 g H2SO4 = 3,23 g K2SO4 = 1,91 g H2O = 1,58 g totale = 11,65 g 16

in presenza di un eccesso di acidi solforico e nitroso 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 HNO2 + KMnO4 + H2SO4  HNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O masse atomiche (uma): H = 1 N = 14 O = 16 K = 39 Mn = 55 S = 32

HNO2 + KMnO4 + H2SO4  HNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 1 HNO2  1 HNO3 + 2 e- 5 HNO2  5 HNO3 + 10 e- 1 KMnO4 + 5 e-  1 MnSO4 2 KMnO4 + 10 e-  2 MnSO4 5 HNO2 + 2 KMnO4 + H2SO4  5 HNO3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + H2O 5 HNO2 + 2 KMnO4 + H2SO4  5 HNO3 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + H2O 5 HNO2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4  5 HNO3 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + 3 H2O 18

... 23,7 g di permanganato di potassio ... 5 HNO2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4  5 HNO3 + 2 MnSO4 + 1 K2SO4 + 3 H2O massa KMnO4 = 23,70 g massa molare KMnO4 = 158 g / mol moli KMnO4 = 23,70 / 158 = 0,15 mol moli HNO3 = moli KMnO4 x (5 / 2) = 0,375 mol massa molare HNO3 = 63 g / mol massa HNO3 = 63 x 0,375 = 23,63 g 19

... e gli altri reagenti e prodotti ... 4 ... e gli altri reagenti e prodotti ... reagenti prodotti HNO2 = 17,63 g HNO3 = 23,63 g KMnO4 = 23,70 g MnSO4 = 22,65 g H2SO4 = 22,05 g K2SO4 = 13,05 g H2O = 4,05 g totale = 63,38 g 20

solfuro di mercurio HgS con un eccesso di acidi nitrico e cloridrico 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 + HNO3 + HCl  S + NO + HgCl2 + H2O masse atomiche (uma): Hg = 200,5 S = 32 H = 1 N = 14 O = 16 Cl = 35,5

HgS + HNO3 + HCl  S + NO + HgCl2 + H2O 1 HgS  1 S + 2 e- 3 HgS  3 S + 6 e- 1 HNO3 + 3 e-  1 NO 2 HNO3 + 6 e-  2 NO 3 HgS + 2 HNO3 + HCl  3 S + 2 NO + HgCl2 + H2O 3 HgS + 2 HNO3 + 6 HCl  3 S + 2 NO + 3 HgCl2 + 4 H2O 22

... 9,30 g di solfuro di mercurio 3 HgS + 2 HNO3 + 6 HCl  3 S + 2 NO + 3 HgCl2 + 4 H2O 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 23

... e gli altri reagenti e prodotti ... 4 ... e gli altri reagenti e prodotti ... reagenti prodotti HgS = 9,30 g S = 1,28 g HNO3 = 1,68 g NO = 0,80 g HCl = 2,92 g HgCl2 = 10,86 g H2O = 0,96 g totale = 13,90 g 24

REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE in forma ionica 25

Fe2+ + MnO4- + H+  Fe3+ + Mn2+ + H2O 1 Fe2+  1 Fe3+ + 1 e- 5 Fe2+  5 Fe3+ + 5 e- 1 MnO4- + 5 e-  1 Mn2+ 1 MnO4- + 5 e-  1 Mn2+ 1 MnO4- + 5 Fe2+ + H+  1 Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O 1 MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+  1 Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O 26

Cr3+ + ClO- + OH-  CrO42- + Cl- + H2O 1 Cr3+  1 CrO42- + 3 e- 2 Cr3+  2 CrO42- + 6 e- 1 ClO- + 2 e-  1 Cl- 3 ClO- + 6 e-  3 Cl- 2 Cr3+ + 3 ClO- + OH-  2 CrO42- + 3 Cl- + H2O 2 Cr3+ + 3 ClO- + 10 OH-  2 CrO42- + 3 Cl- + 5 H2O 27

Cr(OH)4- + Cl2 + OH-  CrO42- + Cl- + H2O 1 Cr(OH)4-  1 CrO42- + 3 e- 2 Cr(OH)4-  2 CrO42- + 6 e- 1 Cl2 + 2 e-  2 Cl- 3 Cl2 + 6 e-  6 Cl- 2 Cr(OH)4- + 3 Cl2 + OH-  2 CrO42- + 6 Cl- + H2O 2 Cr(OH)4- + 3 Cl2 + 8 OH-  2 CrO42- + 6 Cl- + 8 H2O 28

REAZIONI di OSSIDO-RIDUZIONE casi particolari! 29

Cu + H2SO4  CuSO4 + SO2 + H2O 1 Cu  1 CuSO4 + 2 e- 1 H2SO4 + 2 e-  1 SO2 1 Cu + 1 H2SO4  1 CuSO4 + 1 SO2 + H2O 1 Cu + 2 H2SO4  1 CuSO4 + 1 SO2 + 2 H2O 30

HCl + KMnO4  Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O 2 HCl  1 Cl2 + 2 e- 10 HCl  5 Cl2 + 10 e- 1 KMnO4 + 5 e-  1 MnCl2 2 KMnO4 + 10 e-  2 MnCl2 10 HCl + 2 KMnO4  5 Cl2 + 2 MnCl2 + KCl + H2O 10 HCl + 2 KMnO4  5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + H2O 16 HCl + 2 KMnO4  5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O 31

DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE Cl2 + OH-  ClO- + Cl- + H2O 1 Cl2  2 ClO- + 2 e- 1 Cl2 + 2 e-  2 Cl- 2 Cl2 + OH-  2 ClO- + 2 Cl- + H2O 2 Cl2 + 4 OH-  2 ClO- + 2 Cl- + 2 H2O 1 Cl2 + 2 OH-  1 ClO- + 1 Cl- + 1 H2O 32

DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE MnO42- + H+  MnO4- + MnO2 + H2O 1 MnO42-  1 MnO4- + 1 e- 2 MnO42-  2 MnO4- + 2 e- 1 MnO42- + 2 e-  1 MnO2 1 MnO42- + 2 e-  1 MnO2 3 MnO42- + H+  2 MnO4- + 1 MnO2 + H2O 3 MnO42- + 4 H+  2 MnO4- + 1 MnO2 + 2 H2O 33

DISMUTAZIONE o DISPROPORZIONE Cl2 + OH-  ClO3- + Cl- + H2O 1 Cl2  2 ClO3- + 10 e- 1 Cl2  2 ClO3- + 10 e- 1 Cl2 + 2 e-  2 Cl- 5 Cl2 + 10 e-  10 Cl- 6 Cl2 + OH-  2 ClO3- + 10 Cl- + H2O 6 Cl2 + 12 OH-  2 ClO3- + 10 Cl- + 6 H2O 3 Cl2 + 6 OH-  1 ClO3- + 5 Cl- + 3 H2O 34

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

0,8 mol / L con un eccesso di cloruro ferrico 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 FeCl3 + H2O2  FeCl2 + O2 + HCl masse atomiche (uma): Fe = 56 Cl = 35,5 H = 1 O = 16 36

1 FeCl3 + 1 e-  1 FeCl2 2 FeCl3 + 2 e-  2 FeCl2 FeCl3 + H2O2  FeCl2 + O2 + HCl 1 H2O2  1 O2 + 2 e- 1 H2O2  1 O2 + 2 e- 1 FeCl3 + 1 e-  1 FeCl2 2 FeCl3 + 2 e-  2 FeCl2 2 FeCl3 + 1 H2O2  2 FeCl2 + 1 O2 + HCl 2 FeCl3 + 1 H2O2  2 FeCl2 + 1 O2 + 2 HCl 37

... 1 L acqua ossigenata 0,8 mol / L ... 3 ... 1 L acqua ossigenata 0,8 mol / L ... 2 FeCl3 + 1 H2O2  2 FeCl2 + 1 O2 + 2 HCl moli H2O2 = 0,8 mol moli O2 = moli H2O2 = 0,8 mol massa molare O2 = 32 g / mol massa O2 = 32 x 0,8 = 25,6 g 38

... e gli altri reagenti e prodotti ... 4 ... e gli altri reagenti e prodotti ... reagenti prodotti FeCl3 = 260,0 g FeCl2 = 203,2 g H2O2 = 27,2 g O2 = 25,6 g HCl = 58,4 g totale = 287,2 g 39

15 mL di una soluzione di acido ipocloroso 15 mM 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 I2 + HClO  HIO3 + HCl Determinare: natura e quantità in grammi del reagente in eccesso (dopo la reazione!) quantità in grammi di HIO3 ottenuta 40

1 HClO + 2 e-  1 HCl 5 HClO + 10 e-  5 HCl I2 + HClO  HIO3 + HCl 1 I2  2 HIO3 + 10 e- 1 I2  2 HIO3 + 10 e- 1 HClO + 2 e-  1 HCl 5 HClO + 10 e-  5 HCl 1 I2 + 5 HClO  2 HIO3 + 5 HCl 1 H2O + 1 I2 + 5 HClO4  2 HIO3 + 5 HCl 41

moli HClO = M x V = 15 x 10-3 x 15 x 10-3 = 225 x 10-6 mol ... 15 mL HClO 15 mM ... 18,7 mL iodio 2 mM 1 H2O + 1 I2 + 5 HClO  2 HIO3 + 5 HCl moli HClO = M x V = 15 x 10-3 x 15 x 10-3 = 225 x 10-6 mol moli I2 = M x V = 2 x 10-3 x 18,7 x 10-3 = 37,4 x 10-6 mol moli HClO teoriche = mol I2 x 5 = 37,4 x 10-6 x 5 = 187 x 10-6 I2 è in difetto! HClO è in eccesso! 42

I2 è in difetto! HClO è in eccesso! moli I2 = 37,4 x 10-6 mol 1 H2O + 1 I2 + 5 HClO  2 HIO3 + 5 HCl I2 è in difetto! HClO è in eccesso! moli I2 = 37,4 x 10-6 mol moli HClO che reagiscono = moli I2 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 43

I2 è in difetto! HClO è in eccesso! 4 1 H2O + 1 I2 + 5 HClO  2 HIO3 + 5 HCl I2 è in difetto! HClO è in eccesso! moli I2 = 37,4 x 10-6 mol moli HIO3 che si formano = moli I2 x 2 = 74,8 x 10-6 mol massa molare HIO3 = 176 g / mol massa HIO3 = 74,8 x 10-6 x 176 = 13,2 x 10-3 g 44

STRUTTURE di LEWIS 45

Tavola periodica degli elementi 1 H 2 He idrogeno elio 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne litio berillio boro carbonio azoto ossigeno fluoro neo 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar sodio magne-sio allumi-nio silicio fosforo zolfo cloro argo 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr potassio calcio scandio titanio vanadio cromo manga-nese ferro cobalto nichel rame zinco gallio germa-nio arsenico selenio bromo cripto 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe rubidio stronzio ittrio zirconio niobio molib-deno tecnezio rutenio rodio palladio argento cadmio indio stagno antimo-nio tellurio iodio xeno 55 Cs 56 Ba 57 La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn cesio bario lantanio afnio tantalio wolfra-mio renio osmio iridio platino oro mercurio tallio piombo bismuto polonio astato rado 87 Fr 88 Ra 89 Ac 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112 113 114 115 116 117 118 francio radio attinio ruther-fordio dubnio seabor-gio bohrio hassio meitne-rio 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu cerio praseo-dimio neodi-mio prome-zio samario europio gadoli-nio terbio dispro-sio olmio erbio tulio itterbio lutezio 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 101 102 103 torio protoat-tinio uranio nettunio plutonio americio curio berche-lio califor-nio einste-nio fermio mende-levio nobelio lauren-zio Tavola periodica degli elementi

Regole di Lewis n regola esempi 1 “duetto” 2 “ottetto incompleto” 3 “ottetto espanso” 47

Regole di Lewis n regola esempi 1 “duetto” 2 “ottetto incompleto” 3 “ottetto espanso” 48

Contare gli elettroni (valenza + carica): 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 “l’ottetto” Spostare le coppie per raggiungere “l’ottetto” 49

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Regole di Lewis n regola esempi 1 “duetto” 2 “ottetto incompleto” 3 “ottetto espanso” 60

Contare gli elettroni (valenza + carica): 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 “l’ottetto” Calcolare la carica formale Spostare le coppie fino ridurre le cariche formali 61

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FINE ! 71