Idea 9

Elettrochimica

• In tutte le reazioni chimiche ha luogo produzione o consumo di una certa quantità di energia.

• L'elettrochimica è quella branca della chimica in cui vengono studiate le reazioni nelle quali è prodotta o

• consumata dell'energia elettrica, e cioè quei processi in cui viene prodotto un lavoro elettrico mediante

• reazioni chimiche oppure nei quali un lavoro elettrico produce reazioni chimiche.

• Le reazioni interessate sono quelle in cui c'è scambio di elettroni, cioè si tratta di reazioni di ossidoriduzione (redox).

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zinco

Ossidazione di Fe2+ a Fe3+ usando come ossidante Br2

Ossidazione di Br - a Br2 usando come ossidante Cl2

Ossidazione di Cl - a Cl2 usando come ossidante un sale di Fe3+

• Dire quale elemento si ossida e quale si riduce nella cella Zn/Zn2+//Ag+/Ag e scrivere le equazioni delle semireazioni

• Lo zinco ha potenziale standard minore dell’argento. Quindi, lo zinco si ossida e l’argento si riduce. Le semireazioni di questa pila sono:

• Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e – semireazione anodica

• Ag+(aq) + e

- → Ag(s) semireazione catodica

• Dire quale elemento si ossida e quale si riduce nella pila Al / Al3+ // Pb2+ / Pb e scrivere le equazioni delle semireazioni.

• L’alluminio ha potenziale standard minore del piombo; quindi si ossida ed il piombo si riduce. Le semireazioni di questa pila sono:

• Al(s) → Al3+(aq) + 3e – semireazione anodica

• Pb2+(aq) + 2e

- → Pb(s) semireazione catodica

• Calcolare il valore della f.e.m. della cella Daniell in condizioni standard

• Zn2+ (aq) + 2e –→ Zn (s) E° = -0,76V

• Cu2+(aq) + 2e –→ Cu(s) E° = + 0,34V

Si ossida quella con potenziale minore cioè lo zinco e si riduce quella con potenziale maggiore , cioè il rame.

E° =+0,34V –(-0,76V) = +1,10 V

• Calcolare il valore della f.e.m. della cella Zn / Zn2+ // Pb2+ / Pb in condizioni standard

• Zn2+ (aq) + 2e –→ Zn (s) E° = -0,76V

• Pb2+ (aq) + 2e –→ Pb (s) E° = -0,13V

• Il potenziale st. dello zinco è minore del piombo e quindi lo zinco si ossida ed il piombo si riduce

• Ered = -0,13 V Eox = -0,76 V

E°= -0.13 V - (-0,76V)

• L'acido nitrico reagisce con tutti i metalli, tranne l'oro e i metalli del gruppo del platino.

• I metalli meno elettronegativi vengono attaccati liberando idrogeno. Ad esempio con magnesio:Mg + 2H+ → Mg2+ + H2

• Con gli altri metalli l'acido nitrico agisce come acido ossidante, dato che lo ione nitrato è un forte ossidante in soluzione acida, come indicato dai valori del potenziale di riduzione delle reazioni seguenti, e si può ridurre a diossido di azoto o a monossido di azoto:NO 3– + 2H+ +   e– → NO2 +   H2O,     E0 = 0,79 V

NO 3– + 4H+ + 3e– → NO  + 2H2O,     E0 = 0,96 V

• Nella reazione con i metalli non viene quindi prodotto idrogeno, e i prodotti di reazione possono essere diversi a seconda della concentrazione dell'acido e della temperatura di reazione. Ad esempio, il rame reagisce in acido nitrico diluito a temperatura ambiente come3Cu + 8HNO3 → 3Cu 2+ + 2NO + 4H2O + 6NO3

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• Il monossido di azoto prodotto può reagire con l'ossigeno dell'aria formando NO2. Con acido nitrico più concentrato si forma direttamente NO2:

Cu + 4H+ + 2NO3− → Cu2+ + 2NO2 + 2H2O

• La maggior parte dei metalli reagisce con l'acido nitrico formando i corrispondenti nitrati, mentre Sn, As, e alcuni metalli del blocco d formano gli ossidi.

• Al, Fe, Cr e Cu in opportune condizioni possono essere passivati dall'acido concentrato, in seguito alla formazione di una pellicola di ossido protettivo.

• Ag +HNO3 →

• Cu + HNO3→

• Zn + HCl →

AgNO3+NO2 +H2O

Cu(NO3)2+NO +H2O

ZnCl2 +H2

Completare e bilanciare le seguenti reazioni

• Rame + acido nitrico• Acido solforico + nitrito di bario• Ossido di potassio + acqua• Potassio + acqua• Cloro + argento• Nitrato di argento + cloruro di sodio• Idrossido di sodio + ipoclorito di ammonio• Dare la definizione di numero di ossidazione e scrivere i

numeri di ossidazione di tutti gli elementi dei reagenti e dei prodotti delle reazioni precedenti.

Completare e bilanciare le seguenti reazioni

• Solfuro di piombo(II) + acido cloridrico• Acido solforico + ammoniaca• Acido nitrico + idrossido di calcio• Rame + acido solforico• Ossido di calcio + acqua• Ferro + acqua• Acqua ossigenata• Argento + iodio

• Nella reazione tra ferro e acido cloridrico si forma un gas e una sostanza solida. Scrivere la reazione completa e calcolare quanti litri di gas si liberano per reazione di 30 g di ferro a 30°C e 2,5 atmosfere.

• Fe + 2HCl→FeCl2 +H2

• P.m. del Fe =55,9

• 30/55,9 = 0,54 PV = nRT

• 2,5 x = 0,54 · 0,082 · 303

• X = 5,4 litri