Általános Kémia GY – tantermi gyakorlat 1.

• Oxidációs számok

• Redoxiegyenletek rendezése

• Oldatkészítés, koncentrációegységek átváltása

Honlap: http://harmatv.web.elte.hu

Példatárak:

Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Kiadó)

Szakács László, Mörtl Mária, Knausz Dezső: Általános Kémiai Példatár

(ELTE Eötvös Kiadó)

Oxidációs számok

Néhány szabály kiindulásként

• Elemek: 0

• Egyszerű ionok: a töltéssel megegyező, pl. Na+ ; Cl-

– Alkáli fém ionok: +1; Alkáli földfém ionok: +2

– Halogenid ionok: -1

• Oxigén: általában -2; O2: 0; peroxidokban: -1

• Hidrogén: általában +1; H2: 0; fém hidridek: -1

• Kovalens vegyületek: a kovalens kötések elektronjait a nagyobb elektronegativitású elemhez rendeljük

• Összetett ionok: az oxidációs számok összege az ion össztöltése: pl. MnO4

-

• Semleges vegyületek: az oxidációs számok összege 0

Oxigéntartalmú anionok, a központi atom oxidációs száma:

ClO- hipoklorit +1 SO32- szulfit +4

ClO2- klorit +3 SO4

2- szulfát +6

ClO3- klorát +5 NO2

- nitrit +3

ClO4- perklorát +7 NO3

- nitrát +5

M n

O

O

O O

- 2 - 2

- 2

+ 7

O O

H + 1

- 1 H + 1

- 1

Oxidációs számok

Szerves vegyületek.

Elektronegativitás: H<C<N<O

Pl. szőlőcukor: minden H: +1, minden O: -2

+ 1

+ 0

0

0

0

- 1

+ 1 - 3

- 3

- 3

+ 3

- 1

Redoxiegyenletek rendezése

• Oxidációs számok felírása

• Oxidációs szám változások megállapítása

• Az oxidációs szám változások alapján a változó oxidációs számú elemek

mólarányának meghatározása: pl. A változása +3 és B változása -2, ekkor

2 mol A reagál 3 mol B-vel, mert így lesz az összes oxidációs szám változás 0

(+3)*2 + (-2)*3=0

• A többi reakciópartner mólarányának rendezése:

anyagmegmaradás, töltésmegmaradás

Vas(II)-szulfát és kálium permanganát reakciója savas közegben:

Fe2+ + MnO4- + H+ = Fe3+ + Mn2+ +…

oxidációs számok +2 +7 -2 +1 +3 +2

ox. szám változás +1 -5

mólaránya a reakcióban 5 : 1

5Fe2+ + 1MnO4- + H+ = 5Fe3+ + 1Mn2+ +…

oxigének rendezése 5Fe2+ + MnO4- + H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

hidrogének rendezése 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

ellenőrzés: töltések 5*2 -1 +8 = 5*3 +2

Redoxiegyenletek rendezése IONEGYENLET: csak a reakcióban ténylegesen részt vevő ionok, molekulák:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

UGYANEZ SZTÖCHIOMETRIAI EGYENLETTEL

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 +K2SO4 +H2O

Ox.sz:+2 +7 +3 +2

ox.sz.v:+1 -5

Arány: 5 : 1

10 FeSO4 + 2 KMnO4 + H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O

kálium r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O

szulfát r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O

oxigén r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4+K2SO4 +8H2O

Ellenőrzés: hidrogének:

10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4+K2SO4 +8H2O

Redoxiegyenletek rendezése

Cr2O72- + I- + H+ = Cr3+ + I2 + H2O

Ox.sz: +6 -1 +3 0

Ox.sz.v: -3*2 +1*2

Szinproporció, diszproporció: I- + IO3- + H+ = I2 + H2O

Ox.sz: -1 +5 0

Ox.sz.v: +1 -5

Cr2O72- + 6I- + H+ = 2Cr3+ + 3I2 + H2O

Oxigén r. Cr2O72- + 6I- + H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O

Hidrogén r. Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O

Ell. töltés. Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O

-2 -6 +14 = +3*2

5I- + 1IO3- + H+ = 3I2 + H2O

Töltés r., majd hidrogének r.: 5I- + 1IO3- + 6H+ = 3I2 + 3H2O

Ell. Oxigének száma: 5I- + IO3- + 6H+ = 3I2 + 3H2O

Ezüsttükör próba

Reagens készítése: AgNO3 + NH3

2 Ag+ + 2 OH- + = Ag2O + H2O csapadékképződés

Ag2O+ 4NH3 + H2O = 2Ag(NH3)2+ + 2 OH- komplexképződés

Reakció aldehid csoporttal (redoxi reakció)

Ag(NH3)2+ + R-CHO + H2O = Ag + R-COO- + NH3

Ox.számok: +1 +1 0 +3

Ox.sz.változás:-1 +2

2Ag(NH3)2+ + 1R-CHO + H2O = 2Ag + 1R-COO- + NH3

2Ag(NH3)2+ + R-CHO + H2O = 2Ag + R-COO- +NH3 +3NH4

+

Ugyanennek a reakciónak a sztöchiometriai egyenlete:

2Ag(NH3)2NO3 + R-CHO + H2O = 2Ag + NH4R-COO +NH3 +2NH4NO3

Oldatkészítés 1.: a laborgyakorlat számítási feladatai

(megoldások: ld. 1.laborgyakorlat)

A. 100 cm3 40,0m/m%-os répacukor oldatot akarunk készíteni mérőlombikban.

Hány gramm répacukrot kell feloldanunk? Mekkora lesz az elkészített oldat

koncentrációja?(a 40,0m/m%-os oldat sűrűsége: ρ =1,1765 g/cm3 )

B. 100 cm3 12,5m/m%-os CuSO4 oldatot akarunk készíteni mérőlombikban. Hány

gramm CuSO4.5H2O-t (rézgálicot) kell feloldanunk? Mekkora lesz az

elkészített oldat koncentrációja (ρ =1,1364g/cm3)?

C. 100 cm3, 10,0m/m%-os répacukoroldatot (ρ =1,0381g/cm3) akarunk készíteni a

rendelkezésünkre álló 40,0m/m%-os oldat (ρ =1,1765 g/cm3 ) hígításával. Hány

cm3 40,0 m/m%-os oldatot és hány cm3 vizet (0,9982 g/cm3) elegyítsünk?

Mekkora lesz az elkészített oldat koncentrációja?

Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály

Elegyítési szabály (keverési szabály): az oldott anyag tömege megegyezik az

elegyítés előtt és után.

Az oldott anyag tömege (moa) felírva az oldat tömegével (mo) és az oldott anyag

tömegtörtjével (w): moa=mo*w

Keverési szabály az 1.,2.,3.,… oldatok elegyítésére:

mo1w1+mo2w2+mo3w3+….. = (mo1+mo2+mo3+…)welegyben

Vagy: Az oldott anyag tömege (moa) felírva az oldat tömegével (mo) és az oldott anyag

tömeg%-ával (m%) (w): moa=mo*m% /(100%)

Keverési szabály:

mo1m%1+mo2m%2+mo3m%3+….. = (mo1+mo2+mo3+…)m%elegyben

Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály

Vettünk 100,0g 18,0 m/m%-os hangyasav oldatot (1.oldat) és összeöntöttük

60,0cm3 67,5m/m%-os1,1579 g/cm3 sűrűségű hangyasav oldattal (2.oldat).

Mekkora tömegű és milyen tömeg%-os összetételű hangyasav oldatot kaptunk

(3.oldat)?

Megoldás 1.

1. oldat: mo1=100 g, 18 tömeg%-os, így benne az oldott anyag tömege:

moa1= 100*0,18=18 g

2. oldat: mo2=ρV=1,1579*60=69,474g

moa2=69,474*0,675=46,895g

Elegyítés után: 3. oldat mo3=100+69,474=169,474g

moa3=18+46,895=64,895g

m/m%=67,895/169,474*100%=38,3%

Megoldás 2.: keverési szabállyal: mo1w1+mo2w2 = (mo1+mo2)w3

mo2=ρV=1,1579*60=69,474g

Behelyettesítve: 100*0,18 + 69,474*0,675 = (100+69,474) w3

0,3829=w3

38,3 m/m%-os az oldat.

Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály

Milyen térfogatarányban elegyítsünk 7,0 tömeg%-os foszforsav oldatot (1. oldat;

sűrűség: 1,04 g/cm3) és 21,6 tömeg%-os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség:

1,13 g/cm3), hogy 10 tömeg%-os oldatot kapjunk (3. oldat) ? Hány mol/dm3-es

koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm3)? (Hartmann H., Knausz D., Szepes L.: Általános Kémiai Példatár, ELTE 1997., 2.2.3)

Megoldás 1.

Mivel nincs megadva, mennyi oldatot kell készítenünk, megválaszthatjuk valamelyik

oldat mennyiségét… pl.:

legyen az elkészített oldat 100 g tömegű és az 1. oldat Xg tömegű,

ekkor a 2. oldat tömege (100-X)g

Az oldott anyag tömege a három oldatban:

moa1=mo1*w1=X*0,07=0,07Xg

moa2=mo2*w2=(100-X)*0,216=21,6-0,216X

moa3=mo3*w3=100*0,1=10g, ez az első két oldatban levő összes oldott anyag

mennyiségével egyezik meg:

10=0,07X+21,6-0,216X

0,146X=11,6, X=79,5g

1. oldat: 79,5g, Vo1=mo1/ρo1=79,5/1,04=76,44cm3

2. oldat: 100-79,5=20,5g, Vo2=mo2/ρo2=20,5/1,13=18,14cm3

A két oldat térfogatának aránya: Vo1:Vo2=76,44:18,14=4,21:1

Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály

Milyen térfogatarányban elegyítsünk 7,0 tömeg%-os foszforsav oldatot (1. oldat;

sűrűség: 1,04 g/cm3) és 21,6 tömeg%-os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség:

1,13 g/cm3), hogy 10 tömeg%-os oldatot kapjunk (3. oldat) ? Hány mol/dm3-es

koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm3)?

Megoldás 2. keverési szabállyal: mo1w1+mo2w2 = (mo1+mo2)w3

Válasszuk megint az elkészített oldatot 100 g tömegűnek és az 1. oldatot Xg

tömegűnek, ekkor a 2. oldat tömege (100-X)g

Behelyettesítés a keverési egyenletbe:

X*0,07+(100-X)*0,216=100*0,1

-0,146X+21,6=10

11,6=0,146X

79,5=X

Innentől a megoldás menete megegyezik az előző megoldással:

1. oldat: 79,5g, Vo1=mo1/ρo1=79,5/1,04=76,44cm3

2. oldat: 100-79,5=20,5g, Vo2=mo2/ρo2=20,5/1,13=18,14cm3

A két oldat térfogatának aránya: Vo1:Vo2=76,44:18,14=4,21:1

Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály

Milyen térfogatarányban elegyítsünk 7,0 tömeg%-os foszforsav oldatot (1. oldat;

sűrűség: 1,04 g/cm3) és 21,6 tömeg%-os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség:

1,13 g/cm3), hogy 10 tömeg%-os oldatot kapjunk (3. oldat) ? Hány mol/dm3-es

koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm3)?

Megoldás,folytatás. Hány mol/dm3-es koncentrációjú az elkészített 100g, 10

tömeg%-os foszforsav oldat (sűrűsége:1,053 g/cm3)?

Voldat=m/ ρ=100/1,053=94,97cm3=0,09497dm3

M(H3PO4)=31,0+3*1,0+4*16,0=98g/mol

noa=moa/Moa=10/98=0,102mol

coa=noa/Voldat=0,102/0,09497=1,07mol/dm3

Függelék: oldatok összetételének jellemzésére használt

mennyiségek

Oldatok összetételének jellemzése: • Anyagmennyiség koncentráció „molaritás” (‚B’ vegyület anyagmennyisége 1 dm3 oldatban

cB vagy [B], mértékegysége:[mol/dm3, vagy M]

• Tömegkoncentráció (‚B’ tömege 1 dm3 oldatban) ρB [g/dm3, kg/m3]

• Molalitás (Raoult-koncentráció) (‚B’ anyagmennyisége 1 kg oldószerben)

mB [mol/kg]

• Móltört xi=ni /(Σj nj)

• Tömegszázalék (‚B’ oldott anyag tömege 100 g oldatban) g/g%, %(w/w), tömeg%, %

Tömegtört wi =mi /(Σj mj)

• Térfogatszázalék (B térfogata 100 cm3 elegyben. A térfogati kontrakció miatt nem célszerű

folyadékelegyekre használni) V/V%, %(v/v), tf% …

• Vegyesszázalék %(w/v), %(m/V) (‚B’ tömege g-ban kifejezve 100 cm3 oldatban. Dimenzióval

rendelkezik!)

• Hígítás V (a koncentráció reciproka)

• ppm, (B tömege az oldat tömegének milliomod részeiben)

Tömeg, m [kg, t, q, dkg vagy dag, g, …]

Térfogat, V [m3, dm3, l, ml …]

Sűrűség ρ vagy d [g/cm3, kg/m3,…]

Fajsúly: nem használjuk

Anyagmennyiség n [mol]

Moláris tömeg M [g/mol]

SI prefixumok

exa E 1018 deci d 10-1

peta P 1015 centi c 10-2

tera T 1012 milli m 10-3

giga E 109 mikro μ 10-6

mega M 106 nano n 10-9

kilo k 103 piko p 10-12

hekto E 102 femto f 10-15

deka da, 10 atto a 10-18