Redoxní děje – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Redoxní děje

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Tereza

 

 

 

 

Chemická reakce – acidobazické a redoxní reakce, základní typy reakcí v organické chemii

  • podstata chemického děje
    • děj, při nemž se za vhodných věnjších podmínek přeměnují reaktanty na produkty
    • reaktant = výchozí látka, která vstupuje do chem,reakce
    • produkt = nově vzniklá látka, vystupuje z chemické reakce
    • A + B → C + D

 

  • acidobazické děje
    • děje, které probíhají mezi kyselinami a zásadami
    • Bronstedo teorie:
      • kyselina je látka schopná odštěpovat proton (poskytuje ho jiné látce), jeho uvolněním se z ní stane zásada
      • zásada je látka schopná příjmat proton, jeho přijetím se z ní stane kyselina
      • konjugovaný pár tvoří vždy dvojice kyselina – zásada lišící se o proton, při protolytických reakcích spolu vždy navzájem reaguje kyselina jednoho konjugovaného páru se zásadou druhého konjugovaného páru
    • autoprotolýza:
      • reakce, která probíhá mezi dvěma molekulami rozpouštědla, z nichž jedna raeguje jako kyselina a druhá jako zásada
    • iontový součin vody:
      • voda je mfoterní látka → může příjmat a odevzdávat proton (kyselina i zásada), její disociací vzniká oxoniový kationt H3O+ a hydroxylový aniont OH
      • disociace vody se nazývá autoprotolýza vody 2 H2O → H3O+ + OH
      • iontový součin vody: z rovnovážné konstanty autoprotolýzy vody můžeme odvodit iontový součin vody
    • redoxní děj – reakce, při které se mění oxidační čísla atomů, tvořena dvěma poloreakcemi probíhajícími současně → oxidace a redukce
      • rekace, při níchž docházi k přenosu elektronů mezi reakčními složkami
      • oxidace = oxidační číslo se snižuje
      • redukce = oxidační číslo se zvyšuje
      • oxidační číslo – definuje součet pozitivních a negativních nábojů v atomu, peřímo udává počet přijatých nebo odevzdaných elektronů, smysl má pouze tehdy účastní-li se astom iontové polární vazby
        • přijímá elektrony → záporné číslo – aninon
        • odevzdává elektrony ->kladné číslo – kation
      • oxidační činidlo – látka, která způsobuje oxidaci jiné látky a sama se redukuje, je akceptorem elektronů (elektronegativní nekovy: F2, O2, Cl2, Br2; některé kationty přechodných kovů: Au3+, Ag+, Fe3; anionty kyslíkatých kyselin: MnO4,ClO4; oxidy prvký s vyššími oxidačními čísly a peroxidy: MnO2, PbO2, H2O2)
      • redukční čičnidlo – látka, která způsobuje redukci jiné látky a sama se oxiduje, je donorem elektronů (málo elektronegativní prvky: I.-III.A skupiny; ionty kovů s nízkým oxidačním číslem: Cr2+, Sn2+; iontové hydridy, oxidy s nízkým oxidačním číslem: LiH, NaH, CO)
    • elektrochemická řada napětí kovů:
      • Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au
      • klesá schopnost uvolňovat elektrony-> klesá reaktivita, klesá schopnost být redukčním činidlem
    • redoxní děje v chemických výrobách
      • elektrolýza – působení stejnosměrného el.proudu na elektrolyt (roztok nebo tavenina iontové sloučeniny, která díky volným elektronům vede el.proud)
        • výroba Na:
          • elektrolýza taveniny NaCl
            • katoda – Fe : probíhá redukce 2 Na+ + 2e  2 Na
            • anoda – C : probíhá oxidace 2 Cl  Cl2 + 2e
          • výroba Al :
            • elektrolýza taveniny Al2O3 (bauxit, pro snížení teploty tání se přidává kryolit Na3[AlF6]) při cca 950°C
            • katoda – grafitové dno nádoby : Al3+ + 3e  Al
            • anoda – grafitové tyče : 2 O2-  O2 + 4e

 

  • výroba NaOH :
    • elektrolýza vodného roztoku NaCl, dva způsoby :
      • diafragmový způsob :
        • katoda i anoda – železná, anodový a katodový prostor oddělen tzv. diafragmou, která zamezuje reakci chloru a vodíku, ale umožňuje proudění proudu
        • katoda : 2 H3O+ + 2e  H2 + H2O
        • anoda : 2 Cl  Cl2 + 2e
        • ionty Na+ a OH zůstávají v roztoku
        • celkově : 2 NaCl + 2 H2O  2 NaOH + Cl2 + H2
      • amalgamový způsob :
        • novější, katoda je rtuťová
        • katoda – vrstva Hg na dně : redukce Na+, vznik amalgamu (slitiny rtuti a sodíku)
        • anoda – grafitové tyče : obdobně jako a) – vylučuje se chlor
        • v odděleném prostoru (rozkladném žlabu) amalgam (resp. sodík v něm) reaguje s vodou :2 Na + 2 H2O  H2 + 2 NaOH
      • základní typy reakcí v organické chemii
        • homolýza – kovaletní vazba tvořená atomy se stejnou elektronegativitouštěpí symetricky tak, že každá ze vzniklých částic si nechá jeden elektron a vytvoří se radikály
        • heteroláza – je opakem homolýzy, vazba se štěpí nesymetricky, vázané částice mají velký rozdíl elektronegativit, elektronegativnější částice se ponechá celý elektronový pár z vazby a vznikají ionty
        • činidla: substrát – nejsložitější reaktant, jehož přemena nás zajímá; atakující činidlo – látka, jejíž interakcí se substrátem je přeměna umožněna
        • adice – reakce, při níž se na organicou sloučeninu nesoucí násobnou vazbu adují(přidávají) molekuly jiné látky (vody, halogenovodíků) a násobná vazba zaniká
          • elektrofilní adice – elektrofilní činidlo (činidlo s elektronovým deficitem) reaguje s pí-elektrony násobných vazeb
          • nukleofilní adice – nukleofilní činidlo (obsahuje nevazebný elektronový pár) se aduje na uhlík ve vazbě nesoucí částečný kladný náboj, reakce je typická pro karbonylové sloučeniny
        • eliminace – reakce, při níž dochází k odštěpení jednoduché anorganické sloučeniny a současně se tvoří násobná vazba
          • dehydratace = oštěpuje se molekula vody, dehydrogenace = odštěpuje se molekula vodíku
        • substituce – reakce, při níž je atom nebo skupina atomů zaměněna za jiný atom nebo skupinu atomů, násobnost vazby se nemění
          • radíkálová substituce – sloučeniny s nepolárními kovalentními vazbami (alkany), homolytické štěpení → radikály (velmi reaktivní částice s nepárovým elektronem), chlorace
          • elektorfilní substituce – aromatické uhlovodíky, reagují s elektrofilním činidlem (vzniká během reakce), nitrace arenů
          • nukleofilni substituce – nukleofilní činidlo reaguje s uhlíkovým atomem a částečně s kladným nábojem, typické pro alkylhalogeny
        • přesmyk – izomerační reakce, dochází k přeskupení atomů uvnitř molekuly

 

kovy jsou seřazeny podle stoupajících hodnot standardních elektrodových potenciálů

standardní elektrodový (redoxní) potenciál – (E0ox/red) charakterizuje snahu částic (ve standardním stavu) přijímat nebo odevzdávat elektrony, je dán rovnovážným napětím galvanického článku, sestaveného z elektrody příslušného kovu a tzv. standardní vodíkové elektrody (která má definovanou hodnotu potenciálu nulovou)

kovy stojící v řadě nalevo od vodíku se nazývají neušlechtilé kovy, kovy stojící napravo jsou ušlechtilé kovy

oxidační (redukční) vlastnosti prvků rostou (klesají) zleva doprava

prvek stojící v řadě vlevo působí jako redukční činidlo na prvky stojící od něj napravo

to se projevuje tím, že kovy v řadě více vpravo mohou vytěsnit kovy od nich nalevo z roztoků jejich solí

neušlechtilé kovy mají E0 < 0, snadno tvoří kationty, např. E0 (Na+/Na) = -2,713 V

ušlechtilé kovy mají E0 > 0, např. E0 (Au3+/Au) = 1,420 V

pouze kovy, které jsou od vodíku nalevo, jsou schopny jej vytěsnit s kyselin

průběžně zleva doprava klesá reaktivita kovů vůči vodě a kyselinám : po vápník reagují s vodou za studena za vzniku vodíku a příslušného hydroxidu, až po železo reagují s vodní parou na vodík a oxid, s neoxidujícími kyselinami reagují všechny neušlechtilé kovy na vodík a sůl

ušlechtilé kovy reagují pouze s kyselinami se silnými oxidačními účinky (např. Cu, Ag – s HNO3 nebo H2SO4 za horka, Hg, Au – reagují až s lučavkou královskou)

příklady zákonitostí :

2 Na + 2 H2O ® H2 + 2 NaOH (Na vytěsnil (vyredukoval) vodík)

Fe + CuSO4 ® Cu + FeSO4 (železo vyredukovalo měď z její soli)






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: