Keemia alused IV - protkoll (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne töö nr:
Töö pealkiri:
Õpperühm:
KATB12
Teostaja :
Õppejõud:
Viia Lepane
Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:

Sissejuhatus

Reaktsioonivõrrandeid võib esitada kahel viisil – molekulaarkujul ja ioonvõrrandina. Molekulaarkujul võrrandis kajastuvad vaid ühendid
2NaOH(aq) + CuSO4(aq) → Cu(OH)2(s) + Na2SO4(aq)
Täpsemini kirjeldab toimuvat ioonvõrrand, sest elektrolüüdid on vesilahuses jagunenud ioonideks ja osa ioone mingisse vastastiktoimesse ei astu (selles näites SO42 – ja Na+). Sama reaktsioon ioonvõrrandina
2OH–(aq) + Cu2+(aq) → Cu(OH)2(s)
Et eristada erinevates agregaatolekutes olevaid ja lahustunud ühendeid, on korrektne märkida olek ühendi või iooni juurde.
aq – ühend lahuses, s – tahke ühend või sade (vahel näidatakse ka noolega↓), l – vedelik, g – gaas (vahel märgitakse ka noolega ↑).
Ioonvõrrandite kirjutamisel jälgida järgmisi reegleid:

• lahku võib kirjutada kõik tugevad elektrolüüdid
  
• vasakul ja paremal pool korduvad ioonid jäetakse võrrandist välja (taandatakse)
  
• Kokku jäetakse:
  
  • gaasid jt mittedissotsieeruvad ühendid (CO2, NH3, SO2, MnO2 jt)
    
  • vähelahustuvad ühendid (BaSO4, AgCl, Cu(OH)2 jt)
    
  • vesi H2O ning muud vähedissotsieeruvad ühendid (H2S, HCN, HF, NH3 ⋅H2O, CH3COOH jt)
    
  • kompleksioonid ( [Ag(NH3)2]+, [Al(OH)6]3– jt)
    
• laengute summa võrrandi vasakul pool peab võrduma laengute summaga paremal pool (ülaltoodud näites vasakul 2*(–1) + 2 = 0, ka paremal laeng puudub).
  

Oksüdatsiooniastmete muutuseta kulgevad reaktsioonid

Kulgemise peamised põhjused

1. Sademe (vähelahustuva ühendi) teke:
BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) + 2NaCl (aq)
Ba2+ (aq) + SO4 2– (aq) → BaSO4 (s)
2. Gaasi teke (CO2 karbonaatidest, H2S sulfiididest, NH3 kuumutamisel ammooniumisooladest):
Na2CO3 (aq) + 2HCl (aq) → 2NaCl (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
CO32 – (aq) + 2H+ (aq) → H2O (l) + CO2 (g)
3. Vähe- (või vähem) dissotsieeruva ühendi teke. Sageli tasakaalulised protsessid. Siia alla kuulub ka vee kui nõrga elektrolüüdi teke nõrga happe teke:
H2SO4 (aq) + 2KCN (aq)
K2SO4 (aq) + 2HCN (aq)
H+ (aq) + CN– (aq)
HCN (aq)
nõrga aluse teke
NH4Cl (aq) + NaOH (aq)
NaCl (aq) + NH3 ⋅H2O (aq)
NH4+ (aq) + OH– (aq)
NH3 ⋅H2O (aq)
vee teke
NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)
OH– (aq) + H+ (aq) → H2O (l)
4. Hüdrolüüsiprotsessid (soola moodustavate ioonide vastastiktoime veega), mis kulgevad väheses ulatuses, kuid põhjustavad soolalahuste pH erinevusi
CO32– + H2O
HCO3 – + OH–
lahuses ülekaalus OH– ioonid, lahus aluseline (pH > 7),
Al3+ + H2O
AlOH2+ + H+
lahuses ülekaalus H+ ioonid, lahus happeline (pH 5. Kompleksühendi teke. Kompleksühendid on keemilised ühendid, mille kristallvõres või lahuses esinevad liitosakesed – kompleksioonid, mis koosnevad tsentraalaatomist (siin näites Cu) ja sellega seotud lisandidest (aatomid, ioonid või molekulid, siin näites NH3 molekulid). Kompleksioonid on üldjuhul lahustes väga püsivad.
CuCl2 (aq) + 4NH3 → H2O (aq) → [Cu(NH3)4]Cl2 (aq) + 4H2O (l)
Cu2+ (aq) + 4NH3 → H2O (aq) → [Cu(NH3)4]2+ (aq) + 4H2O (l)

Oksüdatsiooniastmete muutusega kulgevad ehk redoksreaktsioonid

Reaktsioone, mis on seotud elektronide üleminekuga ühelt aatomilt teisele, nimetatakse redoksreaktsioonideks.
Ainet või iooni, mille koostises olevad aatomid loovutavad elektrone, nimetatakse redutseerijaks, see aine ise seejuures oksüdeerub (tema oksüdatsiooniaste kasvab). Ainet või iooni, mis seob elektrone, nimetatakse oksüdeerijaks, aine ise seejuures redutseerub (tema oksüdatsiooniaste kahaneb).
Ainult redutseerija ja oksüdeerija olemasolu korral ühel ajal ühes ja samas süsteemis (näiteks katseklaasis), loob võimaluse redoksreaktsiooni toimumiseks. Lihtsad ja enam levinud redoksreaktsioonid on põlemine ja metallide reageerimine hapetega.

Eksperimentaalne töö 1

Töö ülesanne ja eesmärk:

Elektrolüütide lahustes toimuvate reaktsioonide kulgemise peamiste põhjuste selgitamine , reaktsioonivõrrandite kirjutamine molekulaarsel ja ioon -molekulaarsel kujul, redoksreaktsioonide võrrandite tasakaalustamine .

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid:

Katseklaaside komplekt.

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs:

Kirjeldada toimuvaid muutusi (sademe teke, värvuse muutused, gaaside eraldumine jne) ning tekkivaid sademeid. Kirjutada kõiki muutusi kirjeldavad reaktsioonivõrrandid nii ioon- kui molekulaarkujul.
Tasakaalustada ja lõpetada juhendis toodud reaktsioonivõrrandid.
Redoksreaktsioonides märkida, milline ühend on oksüdeerija, milline redutseerija.
Oksüdatsiooniastmete muutuseta kulgevad reaktsioonid

Sademete teke

Katse 1
SO42– ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada tilkhaaval Ba2+ ioone sisaldavat lahust.
lisamisel tekib kõigepealt valge hägu ja seejärel sade. Tekkivaks sademeks on .
Katse 2
Al3+ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada 2 M NH3 ⋅H2O lahust ammoniaagi lõhna püsimajäämiseni.
NH₃ ⋅H₂O lahuse lisamisel tekib valge hägu ja sade. Sade tekkis ainult lahuse pealmisse ossa , ei jagunenud võrdväärselt lahuses. Sademeks oli
Katse 3
Pb2+ ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada CrO42– ioone sisaldavat lahust.
lisamisel läheb lahus kollaseks ja tekib sade. Sade vajub katskeklaasi põhja. Sademeks on .

Hüdrolüüs

Katse 4
Võtta ühte katseklaasi 1 ml Al2(SO4)3 lahust, teise sama palju Na2CO3 lahust. Hinnata lahuste pH-d indikaatoritega (lisada 2...3 tilka).
Al2(SO4)3 lahuse pH-d hinnata metüülpunase lisamisega. Metüülpunane – pöördeala (värvuse muutumise pH vahemik) pH 4,2...6,3 (sellest väiksema pH juures punane, suurema juures kollane).
Na2CO3 lahuse pH-d hinnata fenoolftaleiini lisamisega. Fenoolftaleiin – pöördeala pH 8,3...9,9 (sellest väiksema pH juures värvitu, suurema juures punane). Anda selgitus , miks nende soolade vesilahused ei ole neutraalse reaktsiooniga.

Gaasi teke

Katse 5
CO32– ioone sisaldavale lahusele (1...2 ml) lisada mõni tilk indikaatori fenoolftaleiini lahust. Millise reaktsiooniga (happeline, aluseline) on lahus? Miks? Lisada tilkhaaval 1 M HCl vesilahust. Miks muudab indikaator värvust? Kas soolhappe lisamisel on näha eralduva gaasi mullikesi?
Lisades
lahusele fenoolftaleiini lahust, läheb lahus vaarikaroosaks. Seega on lahus aluseline, sest NaOH on tugev alus ja
on nõrk hape . Lisades lahusele HCl muudab indikaator värvust ja vaarikaroosa värvus kaob (lahus on läbipaistev), lahus muutus reaktsioonil aluselisest neutraalseks, sest tugev alus ja tugev hape neutraliseerivad teineteist. Soolhappe lisamisel on tõesti näha mullikesi ja seda sellepärast, et eraldub CO₂.

Kompleksühendi teke

Katse 6
Cu2+ ioone sisaldavale lahusele (1...2 ml) lisada tilkhaaval 6 M NH3 ⋅H2O, kuni esialgselt tekkiv sade (mis sade tekkis?) loksutamisel lahustub ja värvus enam ei muutu. Millise värvuse annab lahusele tekkiv kompleksioon [Cu(NH3)4]2+ ?
Tekkiv sade oli . Loksutasin ja jätkas reageerimist
Kõigepealt tekib tumesinine vedel sade, kuhu keskele jääb tahkem helesinine kiht, edasisel lahuse loksutamisel tekib tumesinine lahus- Tekkinud kompleksioon
annab lahusele tumesinise värvuse.

Redoksreaktsioonid

Metallid, metallide pingerida

Katse 7
Võtta ühte katseklaasi tükk metallilist tsinki ja teise vaske. Lisada katseklaasidesse lahjendatud vesinikkloriidhapet. Jälgida gaasilise vesiniku eraldumist metalli pinnal mullikestena. Kas reaktsioon toimub mõlemas katseklaasis? Põhjendada, lähtudes metallide pingereast.
redutseerija
|*2 oksüdeerija
Reaktsioon toimub ainult Zn-ga, sest ta asub metallide pingereas vesinikust vasakul pool ning reaktsiooni käigus on näha väikseid eralduvaid vesiniku mullikesi. Cu-ga reaktsiooni ei toimu, sest ta asub metallide pingereas vesinikust paremal pool.
Katse 8
Katse viia läbi ja katseklaasid hoida ning tühjendada pärast
reaktsiooni täielikku lõppemist tõmbe all! Kuiva katseklaasi panna tükk vaske ja lisada ~1 ml kontsentreeritud lämmastikhapet. Millised muutused toimuvad? Mis on eralduv pruunikas gaas (mürgine!)?
redutseerija
|*2 oksüdeerija
lisamisel läheb lahus pruunikas-roheliseks ja hakkab eralduma mürgine pruunikas gaas, milleks on mürgine .
Katse 9
Võtta katseklaasi tükk metallilist tsinki ja lisada 1...2 ml CuSO4 lahust. Millised muutused toimuvad? Millise metalli kiht sadestub tsingitüki pinnale?
redutseerija
oksüdeerija
Katse käigus muutus tsingitükk süsimustaks ning selle pinnale tekkis/sadestus vask. Kadus tsingitüki hõbedane värvus ja läige.

KMnO4 ja K2Cr2O7 reaktsioone

Katse 10
Valada katseklaasi ~0,5 ml KMnO4 lahust ja lisada sama kogus lahjendatud H2SO4 lahust ning spaatliga tahket Na2SO3 kuni värvuse valastumiseni (värvituks muutumiseni). Tasakaalustada ja esitada ioonkujul reaktsioonivõrrand
KMnO4(aq) + Na2SO3(s) + H2SO4(aq) → MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + K2SO4(aq) + H2O(l)
2MnO4 - + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42+ + 3H2O
Mn + 5 = Mn2+ | oksüdeerija
redutseerija
lisamisel muutus lahus läbipaistvaks. Värvus valastus.
Katse 11
Valada katseklaasi ~0,5 ml lahjendatud väävelhappelahust ning lisada 2 tilka KMnO4 lahust. Seejärel lisada tilkhaaval Fe2+-ioone sisaldavat lahust. Reaktsiooni tulemusena kaob lahusele iseloomulik permanganaatioonist tingitud värvus. Tasakaalustada ning esitada molekulaarkujul reaktsioonivõrrand
MnO4–(aq) + Fe2+(aq) + H+(aq) → Mn2+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l)
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
Mn - 5 = Mn2+ | oksüdeerija
Fe2+ - 1e = Fe3+ | redutseerija
Katse 12
K2Cr2O7 lahusele (1...2 ml) lisada ~1 ml lahjendatud väävelhappelahust ja 1...2 ml Fe2+-ioone sisaldavat lahust. Cr2O72 – reageerib kui oksüdeerija, mille tulemusena kaob lahusele iseloomulik
dikromaatioonist tingitud värvus. Tasakaalustada ning esitada molekulaarkujul reaktsioonivõrrand
Cr2O72–(aq) + Fe2+(aq) + H+(aq) → Cr3+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l)
K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O +
Cr2O72– + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
oksüdeerija
Fe2+ = Fe3+ redutseerija
Värvus muutub oranžist pruunikaks.

Kokkuvõte:

Praktikumi eesmärgiks oli reaktsioonide kirjutamine, tasakaalustamine ja nendest aru saamine. Tänu reaktsioonide läbi tegemisele, tekkis parem arusaamine, kuid need kulgevad ja miks. Samuti kordasime reaktsioonivõrrandite kirjutamist molekulaarsel ja ioon-molekulaarsel kujul.
15