Reaktsioonid elektrolüütide lahustes. (0)

Eksperimentaalne töö
Töö ülesanne
Reaktsioonid elektrolüütide lahustes.
Töö eesmärk
Elektrolüütide lahustes toimuvate reaktsioonide kulgemise peamiste põhjuste selgitamine , reaktsioonivõrrandite kirjutamine molekulaarsel ja ioon -molekulaarsel kujul, redoksreaktsioonide võrrandite tasakaalustamine .
Sissejuhatus
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.
Kompleksühendid on keemilised ühendid, mille kristallvõres või lahuses esinevad liitosakesed – kompleksioonid, mis koosnevad tsentraalaatomist (siin näites Cu) ja sellega seotud ligandidest (aatomid, ioonid või molekulid, siin näites NH3 molekulid).
Kompleksioonid on üldjuhul lahustes väga püsivad.
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↑).
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
Kasutatud töövahendid: Katseklaaside komplekt. Kasutatud kemikaalid: H2SO4, BaCl2 , 2 M NH3* H2O lahus, Pb(NO3)2 lahus, K2CrO4 lahus, Al2(SO4)3 lahus, Na2CO3 lahus, 1 M HCl vesilahus , fenoolftaleiini lahus, CuSO4 lahus, 6 M NH3*H2O lahus, metalliline tsink ja vask, HNO3 , KMnO4 lahus, H2SO4 lahus, tahke Na2SO3 , FeSO4 lahus, K2Cr2O7 lahus.
Katse käik
Katse 1. SO42–-ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada tilkhaaval Ba2+-ioone sisaldavat lahust.
Katse 2. Al3+-ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada 2 M NH3*H2O lahust ammoniaagi lõhna püsimajäämiseni.
Katse 3. Pb2+-ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada CrO42–-ioone sisaldavat lahust.
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).
Katse 5. CO32 –-ioone sisaldavale lahusele (1...2 ml) lisada mõni tilk indikaatori fenoolftaleiini lahust. Lisada tilkhaaval 1 M HCl vesilahust.
Katse 6. Cu2+-ioone sisaldavale lahusele (1...2 ml) lisada tilkhaaval 6 M NH3*H2O, kuni esialgselt tekkiv sade loksutamisel lahustub ja värvus enam ei muutu.
Katse 7. Võtta ühte katseklaasi tükk metallilist tsinki ja teise vaske. Lisada katseklaasidesse lahjendatud vesinikkloriidhapet.
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.
Katse 9. Võtta katseklaasi tükk metallilist tsinki ja lisada 1...2 ml CuSO4 lahust.
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).
Katse 11. Valada katseklaasi ~0,5 ml lahjendatud väävelhappelahust ning lisada 2 tilka KMnO4 lahust. Seejärel lisada tilkhaaval Fe2+-ioone sisaldavat lahust.
Katse 12. K2Cr2O7 lahusele (1...2 ml) lisada ~1 ml lahjendatud väävelhappelahust ja 1...2 ml Fe2+-ioone sisaldavat lahust.
Katsete tulemused
Katse 1. Hägu tekkis H2SO4-i lahusesse esimese paari tilga BaCl2 lahuse lisamisel, juurde lisades BaCl2 lahust muutus täiesti valgeks, mõne hetke pärast tekkis põhja suures koguses sadet.
Molekulaarne võrrand: H2SO4 (aq) + BaCl2 (aq)
BaSO4 (s) + 2HCl(aq)
Ioonvõrrand: SO42– (aq) + Ba2+ (aq) → BaSO4 (s)
BaSO4 on vähelahustuv ühend ning sadestus lahuse põhja.
Katse 2. Al2(SO4)3 lahusele 2 M NH3*H2O lahuse lisamisel toimus lahustumine algselt ebaühtlaselt, muutus tihkeks, väikesed klombid katseklaasi seintel , väga hägune. Sadet polnud.
Molekulaarne võrrand:
Al2(SO4)3 (aq) + 6NH3*H2O (aq)→ 2Al(OH)3(s) +3(NH4) 2SO4 (aq) + 6H+
Ioonvõrrand: Al3+(aq)+ NH3-(aq) → Al(OH)3(s)
Sadeneb Al(OH)3
Katse 3. Kollased tükid tulid Pb(NO3)2 lahusesse K2CrO4 lahuse paari tilga lisamisel. Suhteliselt lühikese aja pärast tekkis katseklaasi põhja kollane sade. Lahus ise tuli läbipaistev-kollane.
Molekulaarne võrrand: Pb(NO3)2 (aq)+ K2CrO4 (aq)→PbCrO4(s) + 2KNO3 (aq)
Ioonvõrrand: 2K+(aq) + (CrO4)2-(aq) + Pb2+(aq) + 2(NO3)-(aq)→ PbCrO4(s) + 2K+(aq) +
+2(NO3)-(aq)
Sademe PbCrO4(vähelahustuva ühendi) teke.
Katse 4. Lahuste pH-de hindamine indikaatoriga:

• Al2(SO4)3 lahus- indikaatorpaberi pH värvus ei muutnud oma värvi.
  

Al2(SO4)3 lahuse pH hindamine metüülpunase lisamisega- sain tumeroosat värvi lahuse.
Tekkiv lahus on tumeroosa ehk Al2(SO4)3 on happeline, sest SO42- on tugev happeioon, aga Al3+ on nõrk aluseline ioon .

• Na2CO3 lahus- indikaatorpaberi pH värvus muutus tumelillaks.
  

Na2CO3 lahuse pH hindamine fenoolftaleiini lisamisega- sain lillat värvi lahuse.
Järeldus: Na2CO3 vesilahuse puhul on tegemist tugevate aluseliste omadusega lahusega, sest CO32- on nõrk happe ioon, aga Na+ on tugev aluseline ioon. pH on üle 9,9.
Katse 5. Na2CO3 lahusele mõne tilga indikaatori fenoolftaleiini lahuse lisamisel lahuse
värvus tuli roosa . Lisades juurde tilkhaaval 1 M HCl vesilahust muutus värvus heledamaks, kuni oli täiesti läbipaistev. Märkasin soolhappe lisamisel eralduva gaasi mullikesi.
Reaktsioonivõrrand: Na2CO3 (aq) + 2HCl (aq)→ 2NaCl (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
Ioonvõrrand: CO32– (aq) + 2H+ (aq)→ H2O (l) + CO2 (g)
Gaasi teke: CO2
CO32- on nõrk happe ioon, aga Na+ on tugev aluseline ioon, aga kui lisada lahusesse HCl, siis muutub lahus neutraalseks- indikaator muutus värvituks, sest fenoolftaleiin on happelises või neutraalses lahuses värvusetu.
Katse 6. CuSO4 lahusele tilkhaaval 6 M NH3*H2O lahuse lisamisel oli värvus korraks intensiivne tumesinine, siis muutus püsivalt helesiniseks, katseklaasi põhja tekkis sade. Loksutamisel sade kadus ning lõpptulemusena sain hägusa helesinise lahuse.
Molekulaarne võrrand: CuSO4(aq) + 4NH3(aq)→ [Cu(NH3)4]SO4(aq)
Ioonvõrrand: Cu2+ (aq) + 4NH3·H2O (aq)→ [Cu(NH3)4]2+ (aq) + 4H2O (l)
Esialgselt sadenes (NH4)2SO4. Edasisel loksutamisel sade lahustus
Kompleksühendi teke: [Cu(NH3)4]2+ , mis annab lahusele sinise värvuse.
Katse 7. Tsingile valades 1 ml lahjendatud HCl-i tekkisid metalli pinnale tihedalt imepisikesed mullikesed. Vasele lisades HCl-i lahust mulle peale ei tekkinud, vasetükk jäi muutumatul kujul lahusesse.
Vask
Molekulaarne võrrand: Zn (s)+ 2HCl (aq) = ZnCl2 (aq) + H2 (g)
Ioonvõrrand: Zn + 2H+ → H + Zn2+
Zn on redutseerija ja vesinik on oksüdeerija . Tegemist on redoksreaktsiooniga.
Tsink
Molekulaarne võrrand: Cu (s)+ 2HCl (aq) = Cu (s) + 2HCl (aq)
Vask on vähemaktiivsem, kui vesinik metallide pingereas, seega vask ei saa vesikikioone asendada HCl'is. Reaktsiooni ei toimu. Kõik on tasakaalustatud kujul.
Katse 8. Vasetükile lisades 1 ml kontsentreeritud lämmastikhapet lahuse värvus roheline, vasepealt eraldub silmaga nähtavalt mullikesi, gaasi, mis suundub vedelikust välja ning teeb katseklaasi seinad pruuniks . Reaktsiooni lõppedes vasetükki enam pole lahuses.
Molekulaarne võrrand: 3Cu (s)+ 8HNO3 (aq) → 3Cu(NO3)2 (aq)+ 2NO (g) +4H2O (l)
0 V II II
Ioovrõrrand: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO
Eralduv mürgine pruunikas gaas on lämmastikoksiid NO.
Cu+2 (redutseerija) N+5+3e- → N+2 (oksüdeerija)
Katse 9. Lisades CuSO4 lahust tsingi värvus on must- lähedalt vaadates on näha pisikesi mullikese tsingitüki pinnal. Lahus läbipaistev-helesinine. Hiljem tsingitükki eemaldades oli tsingi puhul märgata väga aeglast lagunemist (mõningad mustad tükid eraldusid vasetüki pinnalt).
Molekulaarne võrrand: Zn (s) + CuSO4 (aq) → ZnSO4 (aq)+Cu (s)
Ioonvõrrand: Zn(s) + Cu2+(aq) →Zn2+(aq) + Cu (s)
Tsingitüki pinnale sadestub Cu. CuSO4 lahustab tsinki. Tegemist on redoksreaktsiooniga. Zn0 – 2e- →Zn+2 (redutseerija); Cu+2+ 2e- → Cu0 (oksüdeerija)
Katse 10. KMnO4 lahuse sama koguse lahjendatud H2SO4 lahuse liitmisel segu värvus tuli lilla. Tekkis intensiivne lõhn. Peale tahke Na2SO3 lisamist läks lahus läbipaistvaks ning põhja tekkis väike kogus sadet.
Molekulaarne võrrand:
2KMnO4(aq) + 5Na2SO3(s) + 3H2SO4(aq)→2MnSO4(aq) + 5Na2SO4(aq) + K2SO4 (aq) + 3H2O(l)
Ioonvõrrand: MnO4- (aq)+ SO42- (aq)+ H+ (aq)→ MnSO4 (aq)+ H2O(l) Mn+7
Mn on oksüdeerija, väävel on redutseerija
Katse 11. Lahjendatud H2SO4-le lisades 2 tilka KMnO4 lahust värvus tuli roosa. FeSO4 lahuse lisamisel uus komponent vajus põhja, põhi muutus värvituks kuni kogu vedeliku alt üles värvituks muutumiseni.
Molekulaarne võrrand: 2KMnO4 (aq)+ 10FeSO4 (aq)+ 8H2SO4 (aq) → 5Fe2(SO4)3 (aq) + K2SO4 (aq)+ 2MnSO4 (aq)+ 8H2O (aq)
Ioonvõrrand: MnO4–(aq) + Fe2+(aq) + H+(aq) → Mn2+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l)
Vähedissotsieeruva ühendi teke: H2O
Katse 12. K2Cr2O7 lahusele lisades lahjendatud väävelhappelahust- kahe lahuse liitmisel sain oranži värvi. FeSO4 lahuse lisamisel lahuste segule oli värvus oranži-musta seguvärvi.
Molekulaarne võrrand: K2Cr2O7 (aq) + H2SO4 (aq)+ FeSO4 (aq)→
→3Fe2(SO4)3 (aq) + CR2(SO4)3 (aq) + 7 H2O (l) + K2SO4 (aq)
Ioonvõrrand: Cr2O72 –(aq) + Fe2+(aq) + H+(aq) → Cr3+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l)
Cr2O72– reageerib kui oksüdeerija, mille tulemusena kaob lahusele iseloomulik
dikromaatioonist tingitud värvus.
Kokkuvõte
Katsetetulemused täitsid oma eesmärki, vajalikud andmed sai protsessikäigus edukalt teada. Katsete läbiviimisel vigade tegemist ei täheldanud.