Reaktsioonid elektrolüütide lahustes (1)

Reaktsioonid elektrolüütide lahustes
Eksperimantaalne töö
Töö eesmärk: Elektrolüütude lahustes toimuvate rektsioonide kulgemise peamiste põhjuste selgitamine , reaktsioonivõrrandite kirjutamine molekulaarsel ja ioon -molekulaarsel kujul, redoksreaktsoonide võrrandite tasakaalustamine .
Töövahendid: Katseklaaside komplekt
Kasutatud uurimis- ja analüüsimismeetodid:

• 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 8,3...9,9 (sellest väiksema pH juures värvitu, suurema juures punane).
  

Töö käik:
Sademete teke:
Katse 1.
SO42- ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada tilkhaaval Ba2+ ioone sisaldavat lahust.
SO42–+Ba2+ → BaSO4
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl
Katseklaasis tekkis valge hägune sade.
Katse 2.
Al3+ ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada 2 M NH3 H2O lahust ammoniaagi lõhna püsimajäämiseni.
NH3*H2O = NH4+ + OH-
Al2(SO4)3 + 6NH3*H2O → 3(NH4)2 + 3SO4 + 2Al(OH)3
Katse tulemusena tekkis paksema koostisega valge sade.
Katse 3.
Pb2+ ioone sisaldavale lahusele (0,5...1 ml) lisada CrO42- ioone sisaldavat lahust.
Pb2+ + CrO42- = PbCrO4
Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2KNO3
Tekkis kollakas hägune sade.
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).
Al3+ + H20 = AlOH2+ + H+
CO32 - + H20 = HCO3 - + OH-
Al2(SO4)3 metüülpunase lisamisel muutus lahus punaseks. Na2CO3 fenoolftaleiini lisamisel muutus lahus lillakas - roosaks .
Metüülpunase pöördeala on ph 4,2...6,3; järelikulr on lahuse pH 4,2. Lahus on happeline st lahuses on ülekaalus H+ ioonid .
Fenoolftaleiini lisamisel muutus lahus lillakas-roosaks st. pH 9,9; järelikult on aluseline keskkond, sest ülekaalus on OH- ioonid.
Anda selgitus , miks nende soolade vesilahused ei oleneutraalse reaktsiooniga.
Soolade vesilahused ei ole neutraalse reaktsiooniga, kuna Al2(SO4)3 soolas on koos nõrk metall ja tugeva happe anioon ning Na2CO3 soolas on tugev metall ja nõrga happe anioon.
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?
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H20
CO32- + 2H+ = CO2 + H20
Na2CO3 ja fenoolftaleiin lahus on aluseline, sest ff-i lisamisel muutub lahus lillakas-roosaks ja pH 9,9. 1 M HCl lisamisel muudab indikaator värvust, sest pH väärtus väheneb (läheb happeliseks ). Indikaator muutub läbipaistvamaks kuna alus reageerib happega. Lahuse aluselised omadused vähenevad, muutub neutraalseks.
Soolhappe lisamisel oli näha gaasi mullikesi.
Komplekühendi 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+ ?
Cu2+ + 4NH3 * H2O = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O
CuSO4 + 4NH3 * H2O = Cu(OH)2 + 4NH3 * H2O = [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
Esimeses katseklaasis tekkis valge sade Cu(OH)2
Teise katseklaasi tekkis tumesinine värvus – tänu komplektsioonile [Cu(NH3)4]2+
Redoksreaktsioonid :
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.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2( gaas )
Cu + HCl = reaktsiooni ei toimu
Zn2++Cl- → ZnCl2 reaktsioon toimub, sest Zn asub vesinikust vasakul(aktiivsem). Reaktsiooni käigus eraldub H2.
Teist reaktsiooni ei toimu kuna Cu on vähem aktiivsem kui H ( pingerida ).
Katse 8.
Kuiva katseklaasi panna tükk vaske ja lisada ~1 ml kontsentreeritud lämmastikhapet. Millised muutused toimuvad? Mis on eralduv pruunikas gaas (mürgine!)?
Cu + 4HNO3 = Cu(NO2)2 + 2NO2 + 2H20
3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO +4H20
Segu muutub roheliseks, hakkab eralduma pruunikas gaas, katseklaas muutus soojaks . Reaktsiooni lõppedes, lõppes ka pruuni gaasi eraldumine. Gaas oli NO2.
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H20
Cu – 2e = Cu2+ redutseerija
2N + 3e = 2N4+ *2 oksüdeerja
Katse 9.
Võtta katseklaasi tükk metallilist tsinki ja lisada 1...2 ml CuSO4 lahust. Millised muutused toimuvad? Millise metalli kiht sadestub tsingitüki pinnale?
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu(sade)
Zn värvub mustaks, pinnake sadestub Cu kiht.
CuSO4 + Zn = Zn2+ SO4 + Cu
Cu2+ + 2e = Cu oksüdeerija
Zn – 2e = Zn2+ redutseerija
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
2KMnO4(aq) + 5Na2SO3(s) + 3H2SO4(aq) → 2MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + K2SO4 (aq) + 3H2O(l)
2MnO4 - + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+
+ 5SO42+ + 3H20
Mn7+ - 5e = Mn2+
*2
S4- +2e = S6- *5
Lahus muutub värvusetuks.
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) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) → 8Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l)
KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
Mn7+ + 5e = Mn2+
oksüdeerjua
Fe2+ - 1e = Fe3+ *5 redutseerija
FeSO4 lisamisel kadus lahusest permanganaatioonist tingitud värvus.
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
K2Cr2O7 +7 H2SO4 + 6FeSO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Cr2O72–(aq) +6 Fe2+(aq) + 14H+(aq) → 2Cr3+(aq) + 6Fe3+(aq) + 7H2O(l)
Cr6+ +3e = Cr3+ *1 oksüdeerija
Fe2+ -e = Fe3+ *3 redutseerja
Lahus värvus mustaks, kadus dikromatsioonist tingitud värvus.
Kokkuvõte:
Reaktsioonivõrrandeid kirjaldavad nii ioon- kui molekulaarkujulised võrrandid. Muutused on tingitud: aluse keskkonna muutumisest, ainete omavahelisest reageerimisest, metalli asukohast pingeres jne. Muutusi on võimalik reaktsioonivõrrandi põhjal ette ennustada ning katseliselt teostada. Katseid võib lugeda õnnestunuks, oli näha nii sadenemist, gaasi eraldumist kui ka värvuse muutust.