Keemia aluste praktikum - LABORATOORNE TÖÖ 4 - Reaktsioonid elektrolüütide lahustes (0)

LABORATOORNE TÖÖ 4
Reaktsioonid elektrolüütide lahustes
Töö eesmärk:
Elektrolüütide lahustes toimuvate reaktsioonide kulgemise peamiste põhjuste selgitamine , reaktsioonivõrrandite kirjutamine molekulaarsel ja ioon -molekulaarsel kujul, redoks -reaktsioonide võrrandite tasakaalustamine.
Sissejuhatus:
Reaktsioonivõrrandeid võib esitada kahel viisil – molekulaarkujul ja ioonvõrrandina. Molekulaarkujul võrrandis kajastuvad vaid ühendid Täpsemini kirjeldab toimuvat ioonvõrrand, sest elektrolüüdid on vesilahuses jagunenud ioonideks ja osa ioone mingisse vastastiktoimesse ei astu. 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
Tuntumatest ühenditest on oksüdeerijateks lämmastikhape ja tema soolad – nitraadid , halogeenid (F2, Cl2), halogeenide hapnikhapped ja nende soolad (KClO3 – kaaliumkloraat), gaasiline hapnik ise, kaaliumpermanganaat , kaaliumdikromaat jt ühendid, milles sisalduvate elementide o-a saab kahaneda. Redutseerijateks on aktiivsed metallid, gaasiline vesinik , süsinikmonooksiid, süsinik (koks) jt ühendid, milles sisalduvate elementide o-a saab kasvada.
Kasutatud töövahendid:
Katseklaaside komplekt
Katseandmed :
Oksüdatsiooniastmete muutuseta kulgevad reaktsioonid
Sademete teke
Katse 1: SO42 – ioone sisaldavale lahusele lisada tilkhaaval Ba2+ ioone sisaldavat lahust.
Na2SO4 + BaCl2 → 2NaCl + BaSO4↓
SO42– + Ba2+ → BaSO4↓
Kommentaar: Lähteained on värvitud, tekib sade valge häguna.
Katse 2: Al3+ ioone sisaldavale lahusele lisada 2 M NH3 ⋅H2O lahust ammoniaagi lõhna püsimajäämiseni.
Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O → 2Al(OH)3↓ + 3(NH4) 2SO4
2Al3+ + 6NH3·H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NH4-
Kommentaar: Lähteained on värvitud, tekib piimjas sade.
Katse 3: Pb2+ ioone sisaldavale lahusele lisada CrO42– ioone sisaldavat lahust.
Pb(NO3)2 + K2CrO4 → 2KNO3 + PbCrO4↓
Pb2+ + CrO42– → PbCrO4↓
Kommentaar: K2CrO4 on vedel kollane aine, Pb(NO3)2 on värvitu, tekib kollane tükiline sade.
Hüdrolüüs
Katse 4:

Al2(SO4)3 lahuse pH-d hinnata metüülpunase lisamisega. Metüülpunane – pöördeala pH 4,2...6,3 (sellest väiksema pH juures punane, suurema juures kollane).
Tekkiv lahus on punane ehk Al2(SO4)3 on happeline, sest SO42- on tugev happe ioon, aga Al3+ on nõrk aluseline ioon.

Na2CO3 lahuse pH-d hinnata fenoolftaleiini lisamisega. Fenoolftaleiin – pöördeala pH 8,3...9,9 (sellest väiksema pH juures värvitu, suurema juures punane).
Tekkiv lahus on punane ehk Na2CO3 on aluseline, sest CO32 - on nõrk happe ioon, aga Na+ on tugev aluseline ioon.
Gaasi teke
Katse 5. CO32– ioone sisaldavale lahusele lisada mõni tilk indikaatori fenoolftaleiini lahust. Alguses on Na2CO3 aluseline( indikaator punane), sest CO32- on nõrk happe ioon, aga Na+ on tugev aluseline ioon, aga kui lisada lahusesse HCl, siis muutub lahus neutraalseks(indikaator värvitu), sest Na+ ja Cl- on mõlemad tugevad, kuid eri laenguga ioonid, mis tasakaalustavad teineteist. Lisaks tekivad ka H2O ja CO2, mis on ka mõlemad neutraalsed.
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
CO32– + 2H+ → H2O + CO2↑
Kommentaar: On näha eralduva CO2 mullikesi.
Kompleksühendi teke
Katse 6. Cu2+ ioone sisaldavale lahusele 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+?
CuSO4 + 4NH4·H2O → Cu(NH3)4SO4 + 4H2O
Cu2+ + 4NH4·H2O → [Cu(NH3)4]2+ + 4 H2O
Kommentaar: algselt tekkiv sade oli Cu(OH)2. Lähteainetest CuSO4 on helesinine, NH4·H2O on värvitu, tekkiv lahus on tumesinine.
Redoksreaktsioonid
Metallid, metallide pingerida
Katse 7.
Võtta ühte katseklaasi tükk metallilist tsinki ja teise vaske. Lisada katseklaasidesse lahjendatud vesinikkloriidhapet.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Zn + 2H+ + 2Cl- → ZnCl2
Zn – redutseerja
H – oksüdeerija’
Cu + HCl → ei toimu
Kommentaar: Tsingi ja soolhappe reaktsioonis eraldub vesinik, vase ja soolhappe kokku-panemisel reaktsiooni ei toimu, sest vask pole piisavalt aktiivne metall (Zn on metallide pingereas Cu-st eespool ).
Katse 8.
Kuiva katseklaasi panna tükk vaske ja lisada kontsentreeritud lämmastikhapet.
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO ↑+ 4H2O
3Cu + 8H+ + 8NO3- → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu-redutseerija
N-oksüdeerija
Kommentaar: Lähteaineteks on tükk vaske ja vedel HNO3, saadusteks on roheline Cu(NO3)2 ja pruun gaasina eralduv NO ning vesi.
Katse 9.
Võtta katseklaasi tükk metallilist tsinki ja lisada CuSO4 lahust.
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓
Zn + Cu2+ + SO42- → Zn2+ + SO42- + Cu↓
Zn – redutseerija
Cu – oksüdeerija
Kommentaar: kuna tsink on vasest aktiivsem vahetavad nad kohad ja vask sadestub tsingitüki pinnale.
KMnO4 ja K2Cr2O7 reaktsioone
Katse 10.
Valada katseklaasi KMnO4 lahust ja lisada sama kogus lahjendatud H2SO4 lahust ning spaatliga tahket Na2SO3 kuni värvuse valastumiseni (värvituks muutumiseni). Tasakaalustada ja esitada ioonkujul reaktsioonivõrrand
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
2MnO4 - + 6H+ + 5SO32- → 2Mn2+ + 3H2O + 5SO42-
Kommentaar: Lähteainetest KMnO4 on lilla, 5Na2SO3 valge puru, H2SO4 värvitu, saadud lahus on värvitu.
Katse 11.
Valada katseklaasi lahjendatud väävelhappelahust ning lisada KMnO4 lahust. Seejärel lisada tilkhaaval Fe2+-ioone sisaldavat lahust.
2MnO4– + 10Fe2+ + 16H+ → 2Mn2+ + 10Fe3+ + 8H2O
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Kommentaar: KMnO4 on lillat värvi, teised lähteained on värvitud, reaktsiooni tulemusena kaob lahusele iseloomulik permanganaatioonist tingitud värvus.
Katse 12.
K2Cr2O7 lahusele lisada lahjendatud väävelhappelahust ja Fe2+ -ioone sisaldavat lahust. Cr2O72– reageerib kui oksüdeerija. Tasakaalustada ning esitada molekulaarkujul reaktsioonivõrrand
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O
Cr2O72+ + 14H+ + 6Fe2+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
Kommentaar: Reaktsiooni tulemusena kaob lahusele iseloomulik dikromaatioonist tingitud oranž värvus ja lahus läheb tumeroheliseks.
Kokkuvõte:
Praktiline töö näitas elektrolüütide lahustes toimuvate reaktsioonide kulgemise peamisi põhjuseid.