Les reaccions de transferència d electrons

Transcripción

1 8 Les reaccions de transferència d electrons PRESENTACIÓ OBJECTIUS 51

2 8 Les reaccions de transferència CONTINGUTS COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES DE LA UNITAT Competència en indagació i experimentació, Competència en comprensió de la naturalesa de la ciència, Competència en comprensió i capacitat d actuar sobre el món físic, 5

3 d electrons PROGRAMACIÓ D'AULA CONTRIBUCIÓ A LES COMPETÈNCIES GENERALS DEL BATXILLERAT Competència en recerca, Competència personal i interpersonal, Competència en coneixement i interacció amb el món, CONNEXIONS AMB ALTRES MATÈRIES DE BATXILLERAT CRITERIS D AVALUACIÓ G 5

4 8 Les reaccions de transferència 1. Justifica, de manera raonada, si són certes o falses les afirmacions següents. En la reacció: AgNO (aq) + Fe (s) Fe (NO ) (aq) + Ag (s) a) Els cations Ag + actuen com a reductors. b) Els anions actuen com a oxidants. c) El Fe (s) és l oxidant. d) El Fe (s) s oxida a Fe +. e) Els cations Ag + s han reduït a Ag (s) AgNO + Fe Fe(NO ) + Ag ( aq) ( s) ( aq) ( s) a) Defineix el concepte de nombre d oxidació (també anomenat estat d oxidació) d un àtom en un compost. b) Calcula el nombre d oxidació dels elements dels compostos: LiAlH i Na SnO. + = ++ = +++ = = + 5

5 d electrons SOLUCIONARI + += + = + + = ++ + = = +. Ajusta les reaccions següents i indica en cada cas les semireaccions redox i quins són els agents oxidants i els reductors. a) K Cr O 7 + HI + HClO Cr(ClO ) + KClO + I + H O b) KIO + KI + H SO I + K SO + H O K Cr O7+ HI+ HClO Cr( ClO) + KClO+ I+ H O K K I O+ K I+ HSO I+ KSO+ HO K +. Tenim la reacció següent: KIO + Al + HCl I + AlCl + KCl + H O a) Dedueix, de manera raonada, quina substància s oxida i quina es redueix. b) Quina és la substància oxidant i quina la reductora? c) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació-reducció, i ajusta la reacció global. 0 55

6 8 Les reaccions de transferència K I O + Al+ HCl I + AlCl + KCl+ H O En dissolució àcida, el clorat potàssic (KClO ) oxida el clorur de ferro (II) a clorur de ferro (III). El clorat potàssic queda reduït a clorur potàssic i aigua. Ajusta la reacció pel mètode de l ió-electró i calcula el nombre d electrons que s han transferit K ClO + FeCl Fe Cl + K Cl+ H O Sabem que l ió permanganat oxida el ferro (II) i el ferro (III), en presència d àcid sulfúric. El mateix permanganat es redueix a Mn (II). a) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació i reducció i l equació iònica global. b) Quin volum de permanganat de potassi 0,0 M fa falta per oxidar 0 ml de solució 0,1 M de sulfat de ferro (II) en solució d àcid sulfúric?

7 d electrons SOLUCIONARI + V ( MnO ) = 0 ml sol. Fe 1 mol MnO 5 mol Fe ml sol. MnO 0, 0 mol MnO 0, 1 mol Fe + ml sol. Fe + = 0 ml sol. MnO 7. El sulfat de coure, CuSO, es va utilitzar fa anys com a additiu a les piscines per eliminar-ne les algues. Aquest compost es pot preparar tractant el coure metàl lic amb àcid sulfúric en calent, segons la reacció (no ajustada): Cu (s) + H SO (aq) CuSO (aq) + SO (g ) + H O (l ) a) Ajusta la reacció en forma molecular. b) Calcula els ml d àcid sulfúric de densitat 1,98 g/ml i riquesa 95 % (en pes) necessaris per reaccionar amb 10 g de coure metàl lic. Dades: masses atòmiques: H = 1; O = 16; S = ; Cu = 6, Cu+ H SO CuSO + SO + H O s + aq aq + g + l m 10 g n= n= = 0, 16 mol Cu M 6, 5 g/mol molh SO 98 g H SO V( HSO) = 0,16 mol Cu 1 mol Cu 1 molh SO 100 g impur 98 g pur 1mL HSO 1,98 g impur = 16, 67 ml HSO 57

8 8 Les reaccions de transferència 8. Tenim la reacció redox següent: Cu + HNO Cu(NO ) + NO + H O a) Ajusta-la mitjançant el mètode de l ió-electró. b) Calcula el volum de NO, mesurat en condicions normals, que s obté quan reaccionen 7,5 g de Cu amb un litre de solució 0, M de HNO. Dada: massa atòmica del: Cu = 6, Cu+ HNO Cu( NO ) + NO+ H O m 7, 5 g n= n= = 0118, mol Cu M 6, 5 g/mol n M= n= M V ( L) = 0, M 1 L= 0, mol HNO V ( L) 8 molhno n(hno ) = 0,118 mol Cu = 0,1molHNO mol Cu molno, L V(NO) = 0, molhno = 1,1 L NO 8 molhno 1 molno 9. En la valoració de 5,0 ml d una solució d oxalat de sodi, Na C O, s han consumit 15,0 ml de permanganat de potassi, KMnO, 0,10 M. a) Ajusta la reacció pel mètode de l ió-electró. Sabem que el permanganat es redueix a ions Mn + i que l oxalat s oxida a CO. b) Calcula la molaritat de la solució d oxalat. 58

9 d electrons SOLUCIONARI Na C O + KMnO C O + Mn C C K + n M= V( L) n= M V( L) = 01, M L= 18, 10 molkmno 5 mol NaCO n( NaCO) = 18, 10 molkmno = molkmno =, 5 10 molna C O n M= M= V( L), 5 10 mol 5 10 L = 018, M 10. Tenim una pila formada per un elèctrode de zinc i un altre de plata, submergits tots dos en una solució 1 M dels seus respectius ions, Zn + i Ag +. Raona si són certes o falses les afirmacions següents: a) La plata és el càtode i el zinc és l ànode. b) El potencial de la pila és 0,0 V. c) A l ànode de la pila té lloc la reducció de l oxidant. Dades: E 0 (Zn + /Zn)= 0,76 V; E 0 (Ag + /Ag) = 0,80 V. E + > E E = E E E = 0,8 V ( 0,76 V) = 1,56 V pila càtode ànode pila 59

10 8 Les reaccions de transferència 11. Disposem de Zn metàl lic, Cu metàl lic i solucions 1 M de nitrat de zinc i 1 M de nitrat de coure (I). Explica quina o quines de les substàncies anteriors es podrien utilitzar i escriu les semi reaccions redox corresponents perquè: a) Els ions Fe + d una solució es redueixin a ions Fe +. b) Els ions Fe + d una solució es redueixin a ions Fe + i aquests es redueixin a Fe metàl lic Dades: potencials de reducció estàndard: E 0 (Fe + /Fe + ) = 0,77 V; E 0 (Fe + /Fe) = 0, V; E 0 (Zn + /Zn) = 0,76 V; E 0 (Cu + /Cu) = 0, V. + E + + > E + E + + > E E + E + > E a) Concepte electrònic d oxidació i de reducció. b) Calcula l estat d oxidació, o nombre d oxidació, de cada element en els compostos Na S O i Ca(ClO ). 60

11 d electrons SOLUCIONARI + += + = + + = ++ + = = = ++ 8 = = = Donada la reacció: Cu (s) + HNO (aq) Cu(NO ) (aq) + NO (g) + H O (l ) a) Indica els estats d oxidació de tots els àtoms en cada una de les molècules de la reacció i quins són els que s oxiden i quins els que es redueixen. Escriu les semireaccions iòniques mitjançant el mètode de l ió-electró. b) Escriu la reacció global ajustada i calcula la quantitat màxima de nitrat de coure que es podria obtenir per reacció de 100 cm de solució M d àcid nítric sobre 10 g de coure. Dades: H = 1; N = 1; O = 16; Cu = 6, Cu+ H N O Cu( N O ) + N O+ H O

12 8 Les reaccions de transferència m 10 g n= n= = 0, 16 mol Cu M 6, 5 g/mol n M= n= M V ( L) = M L= 0, mol HNO V ( L) 8 molhno n(hno ) = 0,16 mol Cu = 0, mol HNO mol Cu mol Cu(NO ) m( Cu(NO ) ) = 0, molhno 8 molhno 187,5 g Cu(NO ) = 1,1gCu(NO ) 1 mol Cu(NO ) 1. Considera la reacció redox: Cr O 7 + Fe + + H + Cr + + Fe + + H O a) Quina espècie és l oxidant i a què es redueix? Perd electrons o en guanya? b) Quina espècie és el reductor i a què s oxida? Perd electrons o en guanya? c) Ajusta per mitjà del mètode de l ió-electró la reacció molecular entre FeSO i K Cr O 7 en presència d àcid sulfúric, per donar Fe (SO ) i Cr (SO ), entre altres substàncies Cr O + Fe + H Cr + Fe + H O

13 d electrons SOLUCIONARI K K Tenim la reacció global següent en medi àcid i sense ajustar: K Cr O 7 + HI KI + CrI + I + H O a) Indica els estats d oxidació de tots els àtoms en cadascuna de les molècules de la reacció. b) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació i reducció, així com la reacció global K Cr O + H I K I+ Cr I + I + H K Quan el I reacciona amb gas hidrogen es transforma en iodur d hidrogen: a) Escriu el procés que es produeix. Estableix les corresponents semireaccions redox. b) Identifica, de manera raonada, l espècie oxidant i l espècie reductora. c) Quants electrons es transfereixen per obtenir un mol de iodur d hidrogen segons el procés redox indicat? Raona la resposta I+ H H I O 6

14 8 Les reaccions de transferència 17. Donada la reacció d oxidació-reducció: K Cr O 7 + FeCl Cr + + Fe + a) Indica els estats d oxidació de tots els elements en cada una de les espècies químiques de la reacció. b) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació i reducció en medi àcid. c) Escriu la reacció global ajustada. d) Identifica, de manera raonada, l agent oxidant i el reductor K Cr O + FeCl Cr + Fe K Donada la reacció redox: SO + MnO SO + Mn + a) Indica els estats d oxidació de tots els elements en cada un dels ions de la reacció. b) Nomena tots els ions. c) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació i de reducció en un medi àcid. d) Escriu la reacció iònica ajustada SO + MnO SO + Mn

15 d electrons SOLUCIONARI 19. El permanganat de potassi en un medi àcid és capaç d oxidar el sulfur d hidrogen a sofre i passar el permanganat a ió manganès (II). a) Ajusta la reacció iònica pel mètode de l ió-electró. Indica l espècie que s oxida i la que es redueix. b) Suposem que l àcid utilitzat és el sulfúric. Completa la reacció que es produeix KMnO + H S S+ Mn K + 0. Escriu i ajusta les semireaccions iòniques i la relació global de l equació següent que té lloc en medi àcid: Kl + H SO + KMnO I + MnSO + K SO + H O K I+ H SO + KMnO I + MnSO + K SO + H O K + 1. Ajusta iònicament i molecularment pel mètode de l ió-electró la reacció del permanganat potàssic (KMnO ) amb l àcid clorhídric per donar, entre altres espècies, clorur de manganès (II) i clor KMnO + HCl MnCl + Cl

16 8 Les reaccions de transferència El bromur de potassi reacciona amb l àcid sulfúric concentrat per donar sulfat de potassi, brom lliure, diòxid de sofre i aigua. Respon les preguntes següents: a) Formula i ajusta les semireaccions iòniques redox i la reacció neta molecular. b) Quants cm de brom es produiran quan es fan reaccionar 0 g de bromur de potassi amb àcid sulfúric en excés. Dades: Br = 80, K = 9; d (Br ) =,8 g cm KBr+ H S O K SO + Br + S O + H O K m 0 g n= n= = 0,17 mol KBr M 119 g/mol 1 molbr 160 g Br V(Br ) = 0,17 molkbr molkbr 1 molbr =,8 cm Br 1cm Br =,8 g Br. El ZnSO es pot obtenir a partir del ZnS per oxidació amb HNO, una reacció en la qual s obté, a més a més, NO. a) Escriu i ajusta la reacció indicada, pel mètode de l ió-electró. b) Calcula el volum mínim de HNO de concentració 6 M necessari per reaccionar amb una mostra de 8 g del mineral blenda, que conté un 70 % en massa de ZnS. 66

17 d electrons SOLUCIONARI c) Calcula la massa de Zn metàl lic que es podria obtenir del producte. Dades: masses atòmiques: H = 1, O = 16, N = 1, S =, Zn = 65, El cinabri és un mineral que conté sulfur de mercuri (II). Una mostra de cinabri es fa reaccionar amb àcid nítric concentrat de manera que el sulfur de mercuri (II) present en el mineral reacciona amb l àcid formant aigua, monòxid de nitrogen i sulfat de mercuri (II). a) Iguala la reacció pel mètode de l ió-electró. b) Indica l espècie que s oxida i la que es redueix. c) Calcula el volum d àcid nítric 1,0 M que reaccionarà amb el sulfur de mercuri (II) present en 10,0 g d un cinabri que té un 9,5 % de sulfur de mercuri (II). Dades: Hg = 00,6; S =, V 5. Tenim la reacció següent en una solució aquosa: KMnO + KI + H SO I + MnSO + K SO + H O a) Ajusta la reacció, en forma molecular, pel mètode de l ió-electró. b) Calcula els litres de solució M de KMnO necessaris per obtenir 1 kg de I. Dada: massa atòmica : I = 16, KMnO + K I+ H SO I + MnSO + K SO + H O

18 8 Les reaccions de transferència K + m 1000 g n= n= = M 5,8 g/mol,9 mol I mol KMnO n( KMnO ) =,9 mol I = 1,576 mol KMnO 5 mol I n M= V( L) n 1,576 mol V( L) = = = 0,788 L sol.kmno = 788 ml M M 6. En solució aquosa, en un medi àcid, el permanganat potàssic r eacciona amb el peròxid d hidrogen per donar ions manganès (II), oxigen i aigua. a) Ajusta la reacció pel mètode de l ió-electró i indica quin és l oxidant i quin el reductor. b) Calcula el nombre de mols de permanganat potàssic que calen per obtenir litres d oxigen mesurats en condicions normals KMnO + H O Mn + O + H O

19 d electrons SOLUCIONARI 1 mol O mol KMnO n( KMnO ) = L O =, L 5 mol O = 0,06 mol KMnO 7. L estany metàl lic reacciona amb l àcid nítric concentrat i forma òxid d estany (IV), diòxid de nitrogen i aigua. a) Ajusta la reacció pel mètode de l ió-electró. b) Calcula el volum d una solució d àcid nítric del 16,0 % en massa i densitat 1,09 g ml 1 que reacciona estequiomètricament amb,00 g d estany. Dades: Sn = 118,7; H = 1,0; N = 1,0; O = 16, Sn+ HN O SnO + NO + H O m g n= n= = M 118,7 g/mol 0, 017 mol Sn mol HNO 6 g HNO pur V ( HNO) = 0,017 mol Sn 1 mol Sn 1 mol HNO 100 g HNO sol. 16 g HNO pur 1 ml sol. =,56 ml sol. HNO 1,09 g sol. 8. El zinc en pols reacciona amb l àcid nítric i dóna nitrat de zinc (II) i nitrat d amoni. a) Ajusta la reacció pel mètode de l ió-electró. 69

20 8 Les reaccions de transferència b) Calcula el volum d àcid nítric de riquesa del 0 % en pes i densitat 1,5 g cm que cal per a la solució de 10 g de zinc Zn+ HN O Zn(NO ) + NH NO m 10 g n= n= = M 65 g/mol 0, 15 mol Zn 10 molhno 6 g HNO pur V( HNO) = 0,15 mol Zn mol Zn 1 molhno 100 g HNO sol. 0 g HNO pur 1mL sol. = 8,51mL sol.hno 1,5 g sol. 9. El bromur de sodi reacciona amb l àcid nítric (trioxonitrat (V) d hidrogen) per donar brom molecular (Br ), diòxid de nitrogen, nitrat de sodi (trioxonitrat (V) de sodi) i aigua. a) Ajusta l equació iònica i molecular pel mètode de l ió-electró. b) Calcula el volum de la solució d àcid nítric M que ha de reaccionar amb la quantitat estequiomètrica de bromur de sodi per obtenir 0 g de brom. Dada: massa atòmica: Br = NaBr+ HNO Br + NO + NaNO + H O

21 d electrons SOLUCIONARI m 0 g n= n= = M 160 g/mol 0, 15 mol Br mol HNO n(hno ) = 0,15 mol Br = 0,5 mol HNO 1 mol Br n M= V ( L) n 0,5 mol V ( L) = = = 0,50 L sol. HNO= 50 ml M M 0. a) Ajusta la reacció següent pel mètode de l ió-electró. MnO + KI + H SO MnSO + KIO + H O b) Calcula quants grams d oxidant es necessiten per obtenir 00 grams de iodat potàssic KIO. Dades: H = 1; O = 16; S = ; K = 9; Mn = 55; I = MnO + K I+ H SO MnSO + K I O + H O m 00 g n= n= = M 1 g/mol 0, 9 mol KIO 71

22 8 Les reaccions de transferència molmno 87 g MnO m(mno ) = 0,9 mol KIO = 1 molkio 1 molmno =,7 g MnO 1. Una mostra que conté sulfur de calci (CaS) es tracta amb àcid nítric concentrat fins que la reacció es completa, segons: CaS + HNO NO + SO + Ca(NO ) + H O a) Ajusta pel mètode de l ió-electró aquesta reacció en les formes iònica i molecular. b) Sabem que en tractar 5 g de la mostra amb excés d àcid s obtenen 0, L de NO, mesurats a 0 C i 780 mm Hg. Calcula la riquesa del CaS de la mostra. Dades: R = 0,08 atm L K 1 mol 1 ; Ca = 0; S = Ca S+ HNO NO+ S O + Ca(NO ) + H O atm P= 780 mmhg = 1,0 atm 760 mmhg P V n( NO) = R T T =+ 7 = P V = n R T = 10, atm 0, L a 0, 08 tm L 0 K mol K = 0,8 mol NO m( CaS) 1 mol CaS 7 gcas = 0,8 molno = 0, g CaS molno 1 mol CaS 7

23 d electrons SOLUCIONARI massa pura Riquesa= 100 Riquesa= massa impura 0, g 100= 86, % 5g. En una mostra de 100 g hi ha CaS i altres components inerts. Quan tractem aquesta mostra amb HNO 1,5 M 1,5 M fins a assolir una reacció completa, obtenim 0, litres de NO a 780 mm Hg i 5 C. a) Ajusta l equació mitjançant el mètode de l ió-electró. b) Calcula la massa de CaS que hi ha a la mostra si sabem que a més de l òxid de nitrogen (II) es forma sulfat de calci i aigua. Dades: masses atòmiques: S = ; Ca = 0; N = 1; O = 16; H = 1; R = 0,08 atm L mol 1 K CaS+ HNO NO+ CaSO + H O atm P= 780 mmhg = 1,0 atm 760 mm Hg P V n( NO) = R T T = = 98 K P V = n R T = 10, atm 0, L atm L 0, K mol K = 0,85 mol NO m( CaS) mol CaS 7 g CaS = 0,85 molno 8 molno 1 mol CaS = g CaS 7

24 8 Les reaccions de transferència. Per determinar la concentració d una solució de sulfat de ferro (II) es valoren 50 ml amb una solució de permanganat de potassi de concentració 1 M en medi àcid. Com a conseqüència del procés redox el ferro passa a Fe + i el manganès a Mn +. a) Escriu i ajusta la reacció que es produeix durant la valoració. b) Identifica l element que s oxida i el que es redueix. c) Sabem que s han consumit ml de la solució de permanganat de potassi. Determina la concentració del sulfat de ferro (II) FeSO + KMnO Fe + Mn K + + n M= n= M V (L) V (L) O n= 1 M 10 L= 0,0 mol KMn 10 mol FeSO n(feso ) = 0,0 mol KMnO = 0,11 mol FeSO mol KMnO n M= M= V (L) 0,11 mol =, M L. Una reacció freqüent en la valoració d excés de dicromat potàssic present en una solució és la següent: K Cr O 7 + H SO + FeSO K SO + Fe (SO ) + Cr (SO ) + H O Es demana: a) Ajusta l equació anterior amb el mètode de l ió-electró. Digues quines són les semireaccions d oxidació i de reducció. 7

25 d electrons SOLUCIONARI b) Un volum de 10 ml de solució de dicromat reacciona amb 0 ml d una solució de sulfat de ferro (II) que conté 5 g de sal per litre de solució. Calcula la concentració molar d una solució de dicromat potàssic. Dades: masses atòmiques: Cr = 5; K = 9,1; O = 16; H = 1; S = ; Fe = 55,8. K Cr O + H SO + FeSO K SO + Fe ( SO ) + Cr ( SO ) + H O K K + 5 g FeSO 1mol FeSO [ FeSO] = = 0,09 M 1L 151,8 g FeSO n M= n= M V(L) V(L) n= 0,09 M 0 10 L= 6,58 10 mol FeSO 1molK Cr O n(kcro 7) = 6,58 10 molfeso 6 molfeso = 1, molk Cr O 7 7 = M n = M= V (L) 1, mol L = 0,011 M 75

26 8 Les reaccions de transferència 5. Si 18 ml d una solució 0,15 M de K Cr O 7 reaccionen exactament amb un volum V de solució 0,9 de FeSO, d acord amb la reacció: K Cr O 7 + FeSO + H SO Cr (SO ) + Fe (SO ) + K SO a) Ajusta la reacció molecular mitjançant el mètode de l ió-electró. b) Determina el valor del volum V. c) Quina és la massa de Fe continguda en aquest volum. K Cr O + H SO + FeSO K SO + Fe ( SO ) + Cr ( SO ) + H O K K + n M= n= M V(L) V(L) n= 0,15 M L=,7 10 mol K Cr O 7 6 mol FeSO n(feso ) =,7 10 mol KCrO 7 1 mol K Cr O = 0, 016 mol FeSO n n M= V( L) = V(L) M 7 0, 016 mol V( L) = = 0,018 L 18 ml FeSO 0, 9 M m n= m= n Mm m= 0, 016 mol 55, 8 g/mol= 0, 9 g Mm = 76

27 d electrons SOLUCIONARI 6. El permanganat potàssic en medi àcid oxida els sulfurs a sofre elemental i ell passa a Mn +. a) Escriu la reacció completament ajustada. b) Quin volum de permanganat potàssic 0,75 M cal per oxidar 50 ml de sulfur sòdic 1,50 M? Indica: a) Per què es produeix corrent elèctric en una pila galvànica quan està col locat el pont salí, i per què quan no hi és no hi ha corrent? Comenta n algun exemple. b) Què és l elèctrode estàndard d hidrogen? E = 8. A partir dels potencials de reducció estàndard següents: E 0 (Zn + /Zn) = 0,76 V, E 0 (Cd + /Cd) = 0,0 V i E 0 (Cu + /Cu) = 0, V, indica, de manera raonada, si són certes o falses les afirmacions següents: 77

28 8 Les reaccions de transferència a) Amb un elèctrode de Zn + /Zn i un altre de Cd + /Cd no es pot construir una pila, perquè tots dos tenen potencials de reducció estàndard negatius i cal que un sigui positiu. b) Si en una solució que conté ions Cu + s introdueix una làmina de zinc, al damunt es dipositarà coure metàl lic. c) Si en una solució que conté ions Cd + s afegeixen ions Cu +, s hi dipositarà coure metàl lic E = E E E =0, 0 ( 0, 76 V) = 0, 6 V pila càtode ànode pila V E + > E Disposem d una làmina de coure, d una de ferro i de dues solucions aquoses: una de sulfat de ferro (II) 1,0 M i l altra de sulfat de coure (II) 1,0 M. a) Explica com construiries una pila amb aquestes substàncies al laboratori. b) Indica el càtode i l ànode de la pila, les seves polaritats i les reaccions que hi tenen lloc. c) Calcula la força electromotriu estàndard a 5 C d aquesta pila. d) Escriu la notació de la pila formada a partir de les substàncies esmentades. Dades: a 5 C: E 0 (Cu + /Cu) = +0,0 V; E 0 (Fe + /Fe) = 0,0 78

29 d electrons SOLUCIONARI E + E + == s aq aq s 0. Al laboratori s han fet els experiments següents: Experiment Reactius Resultats Tub 1 Tub Fil de plata + àcid clorhídric Làmina d alumini + àcid clorhídric No s observa cap reacció Despreniment d un gas a) Justifica, mitjançant els potencials estàndard de reducció, per què no s observa reacció en el tub 1. b) Utilitza el mètode de l ió-electró per escriure l equació iònica ajustada de la reacció que s ha produït en el tub. Indica quina espècie s oxida i quina es redueix. c) Dibuixa un esquema de la pila que es podria construir utilitzant la reacció del tub. Assenyala-hi l ànode, el càtode i el sentit del moviment dels ions del pont salí. Dades: E 0 (Ag + /Ag) = 0,80 V; E 0 (Al + /Al) = 1,66 V

30 8 Les reaccions de transferència E + =< E + = + g + K s + aq + aq g 1. En una solució àcida, l ió dicromat oxida l àcid oxàlic (H C O ) a CO segons la reacció (sense ajustar): Cr O 7 + H C O Cr + + CO a) Indica els estats d oxidació de tots els àtoms en cadascun dels reactius i dels productes d aquesta reacció. b) Escriu i ajusta les semireaccions d oxidació i reducció. c) Ajusta la reacció global. d) Justifica si és espontània o no en condicions estàndard. Dades: E 0 (Cr O 7 /Cr + ) = 1, V; E 0 (CO /H C O ) = 0,9 V Cr O + H C O Cr + C O C C

31 d electrons SOLUCIONARI E = E E E = E ( Cr O /Cr pila càtode ànode pila 0 E ( CO /H C O ) = 1, V ( 0, 9 V) = 18, V 0 E pila > 0; espontània 7 + ). Coneixem els potencials normals de reducció dels halògens. a) Escriu les reaccions següents i determina quines seran espontànies: i) Oxidació de l ió bromur pel iode. ii) Reducció del clor per l ió bromur. iii) Oxidació de iodur amb clor. b) Justifica quina és l espècie més oxidant i quina és la més reductora. Dades: E 0 (F /F ) =,85 V; E 0 (Cl /Cl ) = 1,6 V; E 0 (Br /Br ) = 1,07 V; E 0 (I /I ) = 0,5 V + E = + E = Epila= E càtode E ànode Epila= 0, 5 V 1, 07 V= 0, 5 V 0 E pila < 0; no espontània + E = + E = E = E E E = 1,6 V 1,07 V = 0,9 V pila càtode ànode pila 0 E pila > 0; espontània + E = + E = E = E E E = 1,6 V 0,5 V = 0,8 V pila càtode ànode pila 0 E pila > 0; espontània 81

32 8 Les reaccions de transferència. Donats els potencials estàndard de reducció: E 0 (Fe + /Fe + ) = 0,77 V i E 0 (Cr O 7 /Cr + ) = 1, V a) Justifica en quin sentit es produirà la reacció: Fe (SO ) + Cr (SO ) + H O + K SO FeSO + K Cr O 7 + H SO b) Indica quina espècie actua com a agent oxidant i quina com a agent reductor. c) Ajusta la reacció, en forma molecular, pel mètode de l ió-electró K K. Respon, de manera raonada, les preguntes següents: a) Es pot guardar una solució de nitrat de coure (II) en un pot d alumini? I en un recipient de zinc metàl lic? I en un de plata? b) Es pot guardar una solució de clorur de ferro (II) en un pot d alumini? I en un recipient de zinc metàl lic? I en un de coure metàl lic? Dades: E 0 (Cu + /Cu) = 0, V; E 0 (Ag + /Ag) = 0,80 V; E 0 (Al + /Al) = 1,67 V; E 0 (Fe + /Fe) = 0, V; E 0 (Zn + /Zn) = 0,7 V E + => E + = 8

33 d electrons SOLUCIONARI E + => E + = E + =< E + = E + = > E + = E + = > E + = E + = < E + = 5. Els potencials estàndard de reducció dels elèctrodes Zn + /Zn i Cd + /Cd són, respectivament, 0,76 V i 0,0 V. Respon, de manera raonada, les preguntes següents: a) Quina reacció es produeix si una solució aquosa 1 M de Cd + s afegeix a zinc metàl lic? b) Quina és la força electromotriu de la pila formada amb aquests dos elèctrodes en condicions estàndard? c) Quines reaccions es produeixen en els elèctrodes d aquesta pila? d) Quin és l ànode i quin és el càtode en aquesta pila?

34 8 Les reaccions de transferència 6. En una cel la electrolítica es fa passar un corrent de 0,7 amperes a través d un litre de solució de AgNO 0,15 M durant hores. a) Quin és el pes de la plata metàl lica dipositada en el càtode? I quina és la concentració de l ió plata que queda finalment en la solució? b) Si a l ànode es desprèn oxigen, dibuixa l esquema de la cel la, el sentit del corrent, i calcula quin és el volum d aquest gas, mesurat en condicions normals, que es desprèn durant el procés. Dades: Ag = 107,8; F = C; R = 0,08 atm L mol 1 K z = Q = I t Q= 0, 7 A 600 s= 7560 C M m = z F Q m 107, 8 g = 7560 C= 8, g C m 8, g n = = = 0,078 mol M 107, 8 g/mol n M= n= M V ( L) = 0, 15 M 1 L= 0,15 mol V ( L) n = n n solució inicials dipositats n = 0,15 mol 0, 078 mol= 0,07 mol solució [ Ag + n 0, 07 mol ] = = = 0,07 M V ( L) 1 L

35 d electrons SOLUCIONARI 1 mol O, L O V( O) = 0,078 mol Ag = 0, 7 L O mol Ag 1 mol O V( O ) = 7 ml g + 7. Tenim dues cel les electrolítiques connectades en sèrie. La primera conté una solució de sulfat de níquel (II), i la segona, una solució de nitrat de plata. Es fa passar corrent continu i es dipositen 0,650 g de plata. Calcula: a) Els grams de níquel que s hauran dipositat en la primera cel la. b) La quantitat de corrent que haurà passat a través de les cel les. c) El temps necessari per a la deposició si per la pila circula un corrent de,5 A. Dades: Masses atòmiques: Ag= 107,9; Ni = 58,7; F = C. + + z = m z F Q= M M m= z F Q 0,650 g C = = 581, C 107,9 g + + z = M m = z F Q m 58, 7 g = 581, C= 0177, g Ni C 85

36 8 Les reaccions de transferència Q = I t t Q 581, C = = =, 5 s =, 875 min I, 5 A 8. Volem obtenir coure mitjançant l electròlisi d una solució de sulfat de coure (II). a) Fes un esquema de la instal lació. Posa-hi el nom de tots els elements. Escriu les reaccions que es produeixen en cadascun dels elèctrodes i indica n la polaritat. Explica què passa físicament a l ànode i al càtode. b) Si fem passar un corrent de 5 A durant 5 minuts, es dipositen, g de coure. Determina la massa atòmica del coure. Dada: 1 F = C. + g t == m z F M= I t M m z F Q M = = z F I t =, g C 5 A 700 s M = 6, 5 g/mol 9. Durant tres hores es fa circular un corrent continu constant per dues cel les d electròlisi disposades en sèrie amb sengles solucions de AgNO i CuSO. Passat aquest temps, en la cel la que conté AgNO s han dipositat 0,600 g de plata metàl lica. 86

37 d electrons SOLUCIONARI a) Dibuixa l esquema associat a aquesta electròlisi (amb les dues cel les en sèrie) i justifica en quin elèctrode es dipositarà la plata metàl lica. Quin nom té aquest elèctrode? b) Calcula la intensitat de corrent elèctric que ha circulat per les cel les electrolítiques. c) Calcula la massa de coure metàl lic que s haurà dipositat en la segona cel la passades les tres hores. Quin nom rep l elèctrode on s ha dipositat el coure? Dades: F = C; Ag = 107,8; Cu = 6,5 + s + + g s g aq aq aq aq = = 50. Calcula la quantitat de níquel dipositat (a partir d una solució de Ni + ) al càtode d una cel la electrolítica quan s hi fa passar un corrent de 0,6 A durant un temps de.60 segons. Dades: 1 F = C mol 1 ; massa atòmica del Ni: 58,7. + aq + s z = 87

38 8 Les reaccions de transferència Q = I t = = m ( g) M Ni = Q= z F ( ), g mol C g Ni 1 mol C mol 895, = 0, 7 + aq + s Q = I t = = mole C 1 mole = 895, = 9, 8 10 mole C 1mol Ni 58, 7g Ni M ( Ni ) = 9, 8 10 mole = 0, 7 g Ni mole 1mol Ni 51. Tenim una solució aquosa de sulfat de coure (II). a) Calcula la intensitat de corrent que cal fer passar a través de la solució per dipositar 5 g de coure en 0 minuts. b) Quants àtoms de coure s hauran dipositat? Dades: 1 F = C mol 1 ; massa atòmica del Ni: 58,7. M m z F Q M ( g ) = = l t z F + + z = l m z F 5 = = M t 6, l= 8, A 60 s Q= l t= 8, A 0 = C 1min 88

39 d electrons SOLUCIONARI mols e = C 1 mol e = 0, 157 mol C 1 mol Cu 6,0 10 àtoms Cu àtoms (Cu) = 0, 157 mol mol e 1 mol Cu = 5. a) Determina la quantitat d electricitat necessària perquè es dipositi al càtode tot l or contingut en 1 litre de solució 0,1 M de clorur d or (III). b) Calcula el volum de clor, mesurat a 70 mm Hg de pressió i a una temperatura de 5 C, que es desprendrà a l ànode. Dades: 1 F = C mol 1 ; R = 0,08 atm L/K mol; = = 0,1 mol AuCl 1 mol àtoms Au 197 g Au 1 mol AuCl 1 mol àtoms Au + + z = m z F Q= M ( Au) = M ( Au) m= Q z F 19, 7g C mol 197 g mol 1 Q= C z = 1 = 19, 7 g Au = C M( Cl) Q 71 g mol C m= = 1 z F C mol 1 = 10, 65 g Cl 89

40 8 Les reaccions de transferència d electrons V= PV g R T g R T = M( Cl ) P M( Cl ) , 65 g 0,08 atm L mol K 98 K 1atm 70 mm Hg 71 g mol 1 70 mm Hg 0, 1 mol AuCl mol àtoms Cl 1 mol Cl 71 g Cl = 10,65 g Cl 1 mol AuCl mol àtoms Cl 1 mol Cl 5. Per a la reacció següent: Cu (s) + Sn + (aq) Cu + (aq) + Sn (s) a) Justifica si, en condicions estàndard, tindrà lloc tal com està escrita o en sentit contrari. b) Explica de quina manera es pot construir una pila en la qual tingui lloc aquesta reacció (en el sentit adequat). Indiqueu l ànode, el càtode i el sentit del moviment dels electrons pel circuit extern. c) Calcula la força electromotriu estàndard de la pila. Dades: E 0 (Cu + /Cu) = 0, V; E 0 (Sn + /Sn) = 0,1 V + + E = + + E = + + == 90