Kapitel 4. Reaktioner i vattenlösningar

Transkript

1 Kapitel 4 Reaktioner i vattenlösningar

2 Kapitel 4 Innehåll 4.1 Vatten, ett lösningsmedel 4.2 Starka och svaga elektrolyter 4.3 Lösningskoncentrationer 4.4 Olika slags kemiska reaktioner 4.5 Fällningsreaktioner 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter 4.7 Stökiometri för fällningsreaktioner 4.8 Syra-basreaktioner 4.9 Redoxreaktioner 4.10 Balansera redoxreaktioner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 2

3 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel En polär molekyl och ett polärt lösningsmedel. Ett av de vanligaste ämnena på jorden En plats för kemiska reaktioner En förutsättning för liv Copyright Cengage Learning. All rights reserved 3

4 Avsnitt 4.1 Materia Vatten, ett lösningsmedel Heterogena Blandningar Fysikaliska metoder Homogena Blandningar Fysikaliska metoder Vattenlösningar är homogena blandningar Föreningar Rena ämnen Kemiska metoder Grundämnen Atomer Kärnor Elektroner Protoner Neutroner Kvarkar Kvarkar Copyright Cengage Learning. All rights reserved 4

5 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Lika löser lika Ett polärt lösningsmedel löser polära molekyler och salter (vars joner ju har laddning) Ett opolärt lösningsmedel löser opolära molekyler Copyright Cengage Learning. All rights reserved 5

6 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Etanolmolekylen löser sig i vatten. "lika löser lika" Copyright Cengage Learning. All rights reserved 6

7 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Salt upplöses i vatten: NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 7

8 Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Lösningar Löst ämne ämnet som blir upplöst. Lösningsmedel ämne som löser andra ämnen. Elektrolyt ämne som när det löser sig i vatten resulterar i en lösning som kan leda elektrisk ström. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 8

9 Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Elektrolyter Starka elektrolyter (ex bordssalt): dissocierar helt många joner stor ledningsförmåga Svaga elektrolyter (ex ättika): dissocierar delvis få joner låg ledningsförmåga Icke-elektrolyter (ex socker): dissocierar inte alls inga joner ingen ledningsförmåga Copyright Cengage Learning. All rights reserved 9

10 Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Stark elektrolyt Svag elektrolyt Icke-elektrolyt

11 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Koncentration Molar (M) = mol av löst ämne per liter lösningsmedel mol l M C = n V Copyright Cengage Learning. All rights reserved 11

12 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Övning Ett prov om g kaliumfosfat löses i tillräckligt med vatten för att göra 1.50 l lösning. Vad är lösningens koncentration i molar? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 12

13 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Jonkoncentrationer I lösningar med en stark elektrolyt, t.ex M CaCl 2 CaCl 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2Cl (aq) [Ca 2+ ] = M = 0.25 M Ca 2+ [Cl ] = M = 0.50 M Cl. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 13

14 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Övning Beräkna koncentrationerna av varje i jonslag i följande lösning: 1 M Fe(ClO 4 ) 3 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 14

15 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Utspädning Processen där man tillsätter mer lösningsmedel för att åstadkomma en lägre koncentration. Utspädningen ändrar inte mängden löst ämne i lösningen: mol före spädning = mol efter spädning n 1 = n 2 C 1 V 1 = C 2 V 2 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 15

16 Avsnitt 4.3 Lösningskoncentrationer Övning Hur stor volym av en 2.00 M NaOH-lösning krävs för att göra ml av en M NaOH-lösning? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 16

17 Avsnitt 4.4 Olika slags kemiska reaktioner Reaktioner i vattenlösning Fällningsreaktioner Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Syra-basreaktioner H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Redoxreaktioner Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 17

18 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner Fällningsreaktioner Sker då lösningar av olika salter blandas och något jonpar utgör ett svårlösligt salt Copyright Cengage Learning. All rights reserved 18

19 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner En gul lösning av K 2 CrO 4 (aq) sätts till en färglös lösning av Ba(NO 3 ) 2 (aq) Svårlösligt BaCrO 4 (s) fälls ut.

20 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner Ba(NO 3 ) 2 (aq) K 2 CrO 4 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 20

21 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner K 2 CrO 4 (aq) + Ba(NO 3 ) 2 (aq) BaCrO 4 (s) + 2 KNO 3 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 21

22 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner Efter en stund sjunker BaCrO 4 (s) till botten. Lösningen är ofärgad; inga kromatjoner finns kvar

23 Avsnitt 4.5 Fällningsreaktioner Tumregler för löslighet 1. Alla nitratsalter (NO 3 ) är lösliga. 2. Alla alkali- och NH 4+ salterna är lösliga. 3. De flesta Cl, Br, och I salterna är lösliga (INTE Ag +, Pb 2+, Hg 2 2+ ) 4. De flesta SO 4 2- salterna är lösliga (INTE BaSO 4, PbSO 4, HgSO 4, CaSO 4 ) 5. De flesta OH, S 2, CO 3 2, CrO 4 2, PO 4 3 salterna har begränsad löslighet (med alkali är de lösliga) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 23

24 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Molekylreaktionen Ba(NO 3 ) 2 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) BaCrO 4 (s) + 2KNO 3 Ger den övergripande reaktionsstökiometrin men speglar inte nödvändigtvis vilka species som deltar i reaktionen. Reaktanter och produker anges som oladdade formelenheter (molekyler). Använd löslighetsreglerna för att se huruvida ämnena är lösliga (aq) eller olösliga (s). Copyright Cengage Learning. All rights reserved 24

25 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Totaljonreaktionen Ba 2+ (aq) + 2NO 3 (aq) + 2K + (aq) + CrO 2 4 (aq) BaCrO 4 (s) + 2K + (aq) + 2NO 3 (aq) Alla starka elektrolyter i reaktionen tecknas som joner. Vissa av jonerna deltar inte i reaktionen, de är åskådarjoner. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 25

26 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Nettojonreaktionen Ba 2+ (aq) + CrO 4 2 (aq) BaCrO 4 (s) Exkluderar åskådarjonerna, bara de joner som deltar i reaktionen medtas. Visar tydligt vad som sker i reaktionen med de ämnen som på riktigt reagerar. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 26

27 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Konceptkoll Teckna nettojonreaktionen för reaktionen mellan kobolt(ii)klorid och natriumhydroxid där det bildas fast kobolt(ii)hydroxid. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 27

28 Avsnitt 4.7 Stökiometri för fällningsreaktioner Strategi för lösandet av stökiometriska problem 1. Lista reaktanterna, produkterna och reaktionen. 2. Nedteckna den balanserade nettojonreaktionen. 3. Beräkna substansmängder (mol) av reaktanterna. 4. Bestäm vilken reaktant som är begränsande. 5. Beräkna mängden produkt 6. Omvandla från mol till gram, kg eller ton. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 28

29 Avsnitt 4.7 Stökiometri för fällningsreaktioner Konceptkoll 10.0 ml 0.30 M natriumfosfatlösning blandas med 20.0 ml 0.20 M bly(ii)nitratlösning. Vilken fällning bildas? bly(ii)fosfat, Pb 3 (PO 4 ) 2 Hur många gram fällning bildas? 1.1 g Pb 3 (PO 4 ) 2 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 29

30 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Reaktioner Fällningsreaktioner Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Syra-basreaktioner H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Redoxreaktioner Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 30

31 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Syra-bas reaktioner Arrhenius syra-basdefinition: Syra: producerar H + i lösning Bas: producerar OH i lösning Brønsted-Lowrys syra-basdefinition: Syra: en protongivare Bas: en protonmottagare. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 31

32 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Syror Starka syror - dissocierar fullständigt och avger sitt väte som H + i lösningen saltsyra (HCl) och salpetersyra (HNO 3 ) Svaga syror - dissocierar delvis och avger bara en liten del av sitt väte som H + i lösningen kolsyra (H 2 CO 3 ) och fosforsyra (H 3 PO 4 ) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 32

33 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Saltsyra (HCl) är en stark syra; dissocierar fullständigt i vatten

34 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Ättiksyra CH 3 COOH är en svag syra; dissocierar endast delvis i vatten.

35 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Baser Starka baser - dissocierar fullständigt i vatten och avger OH joner. natriumhydroxid (NaOH) Svaga baser - reagerar endast delvis med vatten och avger OH joner. ammoniak (NH 3 ) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 35

36 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Natrium hydroxid (NaOH) är en stark bas; dissocierar fullständigt i vatten

37 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Ammoniak (NH 3 ) är en svag bas; reagerar delvis med vatten och bildar OH -joner

38 Avsnitt 4.8 Syra-basreaktioner Syra-bastitrering Titrering tillsats av en noggrannt bestämd volym av en lösning med känd koncentration (titrand) till en lösning som innehåller en okänd mängd av ett ämne som reagerar med titranden. Ekvivalenspunkt tillräcklig volym titrand har tillsats för att reagera fullständigt med ämnet. Slutpunkt indikatorn ändrar färg så att man kan se när ekvivalenspunkten har nåtts. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 38

39 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Reaktioner Fällningsreaktioner Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Syra-basreaktioner H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Redoxreaktioner Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 39

40 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Redoxreaktioner Vid redoxreaktioner sker överföring av elektroner. Ett ämne oxideras: förlorar elektroner. Ett annat ämne reduceras: mottar elektroner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 40

41 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Oxidation Elektroner avges Oxidationstalet ökar Reduktion Elektroner upptas Oxidationstalet minskar

42 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Regler för Oxidationstal 1. Oxidationstalet för en atom i ett grundämne = 0 2. Oxidationstalet för en enatomär jon = jonladdningen 3. Syre, O = 2 i föreningar (i peroxid = 1) 4. Väte, H = +1 i föreningar 5. Fluor, F = 1 i föreningar 6. Summa oxidationstillstånd = 0 i oladdade föreningar 7. Summa oxidationstillstånd = jonladdningen i joner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 42

43 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Övning Bestäm oxidationstalen för de ingående atomslagen i följande föreningar: K 2 Cr 2 O 7 CO 3 2- MnO 2 PCl 5 SF 4 K = +1; Cr = +6; O = 2 C = +4; O = 2 Mn = +4; O = 2 P = +5; Cl = 1 S = +4; F = 1 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 43

44 Avsnitt 4.9 Redoxreaktioner Konceptkoll Vilka av följande reaktioner är redoxreaktioner? Identifiera oxideringsmedlet och reduceringsmedlet. a)zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) b)cr 2 O 2-7 (aq) + 2OH - (aq) 2CrO 2-4 (aq) + H 2 O(l) c)2cucl(aq) CuCl 2 (aq) + Cu(s) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 44

45 Avsnitt 4.10 Balansera redoxreaktioner Snabb metod 1. Balansera reaktionen som vanligt m.a.p. antal atomer/atomslag, det blir alltid rätt så länge det inte finns några joner i reaktionslikheten 2. Om det finns joner, kontrollera att summan av laddningsmängden från dessa är balanserade (antalet elektroner får ej öka eller minska). 3. Om det inte lyckas, se halvreaktionsmetoden (Zumdahl 7:e upplagan kap 4 eller 8:e upplagan kap 18). Den är idiotsäker. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 45