Kapitel 4. Egenskaper. Reaktioner. Stökiometri. Reaktioner i vattenlösningar. Vattenlösningar. Ett polärt lösningsmedel löser polära molekyler och

Transkript

1 Kapitel 4 Innehåll Vattenlösningar Kapitel 4 Reaktioner i vattenlösningar Egenskaper Reaktioner Stökiometri Copyright Cengage Learning. All rights reserved 2 Kapitel 4 Innehåll 4.1 Vatten, ett lösningsmedel 4.2 Starka och svaga elektrolyter Olika slags kemiska reaktioner Olika sätt att teckna reaktionslikheter 4.7 Stökiometri för fällningsreaktioner Balansera redoxreaktioner 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 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 4 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Lika löser lika Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Etanolmolekylen löser sig i vatten. "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 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 6 1

2 Avsnitt 4.1 Vatten, ett lösningsmedel Salt upplöses i vatten: NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) 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 7 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 8 Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Elektrolyter Starka elektrolyter (ex NaCl): dissocierar helt många joner stor ledningsförmåga Svaga elektrolyter (ex ättika): dissocierar lite få joner låg ledningsförmåga Icke-elektrolyter (ex socker): dissocierar inte alls inga joner ingen ledningsförmåga Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Elektrolyter Copyright Cengage Learning. All rights reserved 9 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 10 Avsnitt 4.2 Starka och svaga elektrolyter Kemiska reaktioner i vattenlösningar Bestäms av: Vilken slags reaktion. Mängd lösta ämnen (= koncentration). Stark elektrolyt Svag elektrolyt Icke-elektrolyt Copyright Cengage Learning. All rights reserved 12 2

3 Avsnitt 4.1 Materia Vatten, ett lösningsmedel Fysikaliska Heterogena metoder Blandningar Föreningar Protoner Kvarkar Homogena Blandningar Rena ämnen Kemiska metoder Fysikaliska metoder Kärnor Vattenlösningar Grundämnen Atomer Neutroner Kvarkar Elektroner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 13 Koncentration Molar (M) = mol av löst ämne per liter lösningsmedel mol M l n C = V Copyright Cengage Learning. All rights reserved 14 Övning Ett prov om g kaliumfosfat löses i tillräckligt med vatten för att göra 1.50 l lösning. Vad är lösningens koncentration i molar? 1.57 M 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 15 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 16 Övning Beräkna koncentrationerna av varje i jonslag i följande lösningar: 0.50 M Co(NO 3 ) 2 1 M Fe(ClO 4 ) 3 Viktiga termer Koncentrerad lösning - stor andel löst ämne. (t.ex. 5.0 M NaCl) Utspädd lösning - liten andel löst ämne. (t.ex M NaCl) Stamlösning - en koncentrerad lösning med noggrannt bestämd koncentration som används till att bereda utspädda lösningar Copyright Cengage Learning. All rights reserved 17 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 18 3

4 Preparering av en stamlösning Utspädning Processen där man tillsätter vatten i en koncentrerad lösning (eller en stamlösning) för att åstadkomma en önskad lösningskoncentration. Utspädning med vatten 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 19 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 20 V 1 C 1 C n 1 = n 2 V 1 C 1 = V 2 C 2 V = 1 2 C1 V2 V 2 C 2 Konceptkontroll En 0.50 M lösning av natriumklorid står på en bänk i en öppen behållare. Vilken av följande händelser skulle minska saltkoncentrationen i lösningen? a) Tillsätta vatten i behållaren. b) Hälla ut lite av lösningen i vasken. c) Addera mer natriumklorid till lösningen. d) Låta lösningen stå i bägaren några dagar. Vid spädning ändras inte mängden löst ämne Copyright Cengage Learning. All rights reserved 21 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 22 Övning Begreppskoll Vilken volym av en 2.00 M NaOH-lösning krävs för att göra ml av en M NaOH-lösning? 60.0 ml Vilken av lösningarna nedan innehåller flest antal joner? a) ml 0.10 M NaCl. b) ml 0.10 M CaCl 2. c) ml 0.10 M FeCl 3. d) ml 0.10 M etanol. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 23 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 24 4

5 Låt oss tänka på saken Vart är vi på väg? Att hitta lösningen med flest antal mol joner. Hur ska vi komma dit? Rita en skiss av respektive lösning på molekylnivå. Beakta de relativa antalet joner I skisserna. Hur många mol av varje slags jon finns i respektive lösning per formelenhet av saltet? Notera! Lösningen med flest antal joner är inte nödvändigtvis den med: den största volymen. den högsta saltkoncentrationen eller det högsta antalet joner per formelenhet utan en kombination av dessa. Hur? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 25 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 26 Avsnitt 4.4 Olika slags kemiska reaktioner Reaktioner i vattenlösning Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Sker då lösningar av olika salter blandas och något jonpar utgör ett svårlösligt salt Copyright Cengage Learning. All rights reserved 27 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 28 Utfällning av silverklorid 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. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 29 5

6 Ba(NO 3 ) 2 (aq) K 2 CrO 4 (aq) K 2 CrO 4 (aq) + Ba(NO 3 ) 2 (aq) BaCrO 4 (s) + 2 KNO 3 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 31 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 32 Tumregler för löslighet Efter en stund sjunker BaCrO 4 (s) till botten. Lösningen är ofärgad; inga kromatjoner finns kvar 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 2-4 salterna är lösliga (INTE BaSO 4, PbSO 4, HgSO 4, CaSO 4 ) 5. De flesta OH, S 2, CO 2 3, CrO 2 4, PO 3 4 salterna har begränsad löslighet (med alkali är de lösliga) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 34 Fällningar Löslig ämnet löser sig i vatten; (aq) används i reaktionslikheten. Olöslig ämnet löser sig inte i vatten; (s) används i reaktionslikheten. Olöslig och begränsad löslighet används ofta synonymt (alla olösliga salter har begränsad löslighet). Konceptkoll Vilken av följande joner bildar ett lösligt salt med Pb 2+? a) S 2 b) Cl c) NO 3 d) SO 2 4 e) Na + Copyright Cengage Learning. All rights reserved 35 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 36 6

7 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Utfällning av silverklorid 1. Molekylreaktionen AgNO 3 (aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO 3 (aq) 2. Totaljonreaktionen Ag + (aq) + NO 3 (aq) + Na + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) + Na + (aq) + NO 3 (aq) 3. Nettojonreaktionen Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Molekylreaktionen 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). AgNO 3 (aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO 3 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 37 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 38 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Totaljonreaktionen Alla starka elektrolyter i reaktionen tecknas som joner. Vissa av jonerna deltar inte i reaktionen, de är åskådarjoner. Ag + (aq) + NO 3 (aq) + Na + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) + Na + (aq) + NO 3 (aq) Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Nettojonreaktionen Exkluderar åskådarjonerna, bara de joner som deltar i reaktionen medtas. Visar tydligt vad som sker i reaktionen med de ämnen som på riktigt reagerar. Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 39 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 40 Avsnitt 4.6 Olika sätt att teckna reaktionslikheter Konceptkoll Teckna molekylreaktionen, totaljonreaktionen och nettojonreaktionen för reaktionen mellan kobolt(ii)klorid och natriumhydroxid. Molekylreaktionen: CoCl 2 (aq) + 2NaOH(aq) Co(OH) 2 (s) + 2NaCl(aq) Totaljonreaktionen: Co 2+ (aq) + 2Cl (aq) + 2Na + (aq) + 2OH (aq) Co(OH) 2 (s) + 2Na + (aq) + 2Cl (aq) Nettojonreaktionen: Co 2+ (aq) + 2Cl (aq) Co(OH) 2 (s) 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 41 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 42 7

8 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 Reaktioner Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 43 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 44 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. 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 45 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 46 Saltsyra (HCl) är en stark syra; dissocierar fullständigt i vatten Ättiksyra CH 3 COOH är en svag syra; dissocierar endast delvis i vatten. 8

9 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 ) Natrium hydroxid (NaOH) är en stark bas; dissocierar fullständigt i vatten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 49 Neutralisation av en stark syra med en stark bas Ammoniak (NH 3 ) är en svag bas; reagerar delvis med vatten och bildar OH -joner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 52 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, om det avses eller efterfrågas. 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 53 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 54 9

10 Avsnitt 4.9 Reaktioner Ag + (aq) + Cl (aq) AgCl(s) H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) Zn(s) + 2H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (aq) Avsnitt 4.9 Vid redoxreaktioner sker överföring av elektroner. Ett ämne oxideras: förlorar elektroner. Ett annat ämne reduceras: mottar elektroner Copyright Cengage Learning. All rights reserved 55 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 56 Avsnitt 4.9 Avsnitt 4.9 Reaktionen mellan natriummetall och klorgas Oxidation Elektroner avges Oxidationstalet ökar Reduktion Elektroner upptas Oxidationstalet minskar Copyright Cengage Learning. All rights reserved 58 Avsnitt 4.9 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 Avsnitt 4.9 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 59 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 60 10

11 Avsnitt 4.9 Concept Check 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 7 2- (aq) + 2OH - (aq) 2CrO 4 2- (aq) + H 2 O(l) c)2cucl(aq) CuCl 2 (aq) + Cu(s) Avsnitt 4.10 Balansera redoxreaktioner Snabb metod 1. Balansera reaktionen som vanligt m.a.p. antal atomslag, det blir alltid rätt om det inte finns några joner i reaktionslikheten 2. Om det finns joner, kontrollera så att laddningsmängden blir densamma på bägge sidor av reaktionspilen. 3. Om det inte går att lösa med detta, använd dig av halvreaktionsmetoden (se Zumdahl 7:e upplagan eller nästa slide). Copyright Cengage Learning. All rights reserved 61 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 62 Avsnitt 4.10 Balansera redoxreaktioner Avsnitt 4.10 Balansera redoxreaktioner Halvreaktionsmetoden komplicerad men idiotsäker 1. Skriv den obalanserade reaktionen - Fastställ oxidationstal 2. Avgör vilket ämne som oxideras och vilket som reduceras 3. Dela upp reaktionen i en oxidations och reduktionsreaktion 4. För varje halvreaktion: (1) Balansera grundämnen (ej O, H) (2) Balansera O m.h.a. H 2 O (3) Balansera H m.h.a. H + (4) Balansera laddning m.h.a. e 5. Jämför halvreaktionerna - Likställ överförda elektroner 6. Addera halvreaktionerna - Sätt till OH om basisk lösning 7. Förkorta & kontrollera grundämnen och laddningsmängd Övning En silverring sätts i en basisk lösning innehållande cyanidjoner och syrgas. Silvret går i lösning som ett silvercyanidkomplex: Ag(CN) 2. Teckna reaktionslikheten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 63 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 64 Kapitel 4 Innehåll Vattenlösningar Egenskaper lösningsmedel, koncentration Reaktioner fällnings-, syra-bas-, redox- Stökiometri fällning, neutralisation Copyright Cengage Learning. All rights reserved 65 11