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; O 2 : 0; peroxidokban: 1 Hidrogén: általában +1; H 2 : 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. MnO 4 Semleges vegyületek: az oxidációs számok összege 0 Oxigéntartalmú anionok, a központi atom oxidációs száma: ClO hipoklorit +1 SO 2 3 szulfit +4 ClO 2 klorit +3 SO 2 4 szulfát +6 ClO 3 klorát +5 NO 2 nitrit +3 ClO 4 perklorát +7 NO 3 nitrát +5 + 1 H 1 H + 1 1 O O O O 2 2 + 7 M n O 2 O
Oxidációs számok Szerves vegyületek. Elektronegativitás: H<C<N<O Pl. szőlőcukor: minden H: +1, minden O: 2 + 0 + 1 3 1 0 0 0 3 + 1 1 3 + 3
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 Bvel, 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: Fe 2+ + MnO 4 + H + = Fe 3+ + Mn 2+ + oxidációs számok +2 +7 2 +1 +3 +2 ox. szám változás +1 5 mólaránya a reakcióban 5 : 1 5Fe 2+ + 1MnO 4 + H + = 5Fe 3+ + 1Mn 2+ + oxigének rendezése 5Fe 2+ + MnO 4 + H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O hidrogének rendezése 5Fe 2+ + MnO 4 + 8H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O ellenőrzés: töltések 5*2 1 +8 = 5*3 +2
Redoxiegyenletek rendezése IONEGYENLET: csak a reakcióban ténylegesen részt vevő ionok, molekulák: 5Fe 2+ + MnO 4 + 8H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O UGYANEZ SZTÖCHIOMETRIAI EGYENLETTEL FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4 ) 3 + MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O Ox.sz:+2 +7 +3 +2 ox.sz.v:+1 5 Arány: 5 : 1 10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O kálium r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O szulfát r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O oxigén r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O Ellenőrzés: hidrogének: 10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O
Redoxiegyenletek rendezése Cr 2 O 2 7 + I + H + = Cr 3+ + I 2 + H 2 O Ox.sz: +6 1 +3 0 Ox.sz.v: 3*2 +1*2 Cr 2 O 2 7 + 6I + H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + H 2 O Oxigén r. Cr 2 O 2 7 + 6I + H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O Hidrogén r. Cr 2 O 2 7 + 6I + 14H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O Ell. töltés. Cr 2 O 2 7 + 6I + 14H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O 2 6 +14 = +3*2 Szinproporció, diszproporció: I + IO 3 + H + = I 2 + H 2 O Ox.sz: 1 +5 0 Ox.sz.v: +1 5 5I + 1IO 3 + H + = 3I 2 + H 2 O Töltés r., majd hidrogének r.: 5I + 1IO 3 + 6H + = 3I 2 + 3H 2 O Ell. Oxigének száma: 5I + IO 3 + 6H + = 3I 2 + 3H 2 O
Ezüsttükör próba Reagens készítése: AgNO 3 + NH 3 2 Ag + + 2 OH + = Ag 2 O + H 2 O csapadékképződés Ag 2 O+ 4NH 3 + H 2 O = 2Ag(NH 3 ) 2 + + 2 OH Reakció aldehid csoporttal (redoxi reakció) komplexképződés Ag(NH 3 ) 2 + + RCHO + H 2 O = Ag + RCOO + NH 3 Ox.számok: +1 +1 0 +3 Ox.sz.változás:1 +2 2Ag(NH 3 ) 2 + + 1RCHO + H 2 O = 2Ag + 1RCOO + NH 3 2Ag(NH 3 ) 2 + + RCHO + H 2 O = 2Ag + RCOO +NH 3 +3NH 4 + Ugyanennek a reakciónak a sztöchiometriai egyenlete: 2Ag(NH 3 ) 2 NO 3 + RCHO + H 2 O = 2Ag + NH 4 RCOO +NH 3 +2NH 4 NO 3
Oldatkészítés 1.: a laborgyakorlat számítási feladatai (megoldások: ld. 1.laborgyakorlat) A. 100 cm 3 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/cm 3 ) B. 100 cm 3 12,5m/m%os CuSO 4 oldatot akarunk készíteni mérőlombikban. Hány gramm CuSO 4.5H 2 Ot (rézgálicot) kell feloldanunk? Mekkora lesz az elkészített oldat koncentrációja (ρ =1,1364g/cm 3 )? C. 100 cm3, 10,0m/m%os répacukoroldatot (ρ =1,0381g/cm 3 ) akarunk készíteni a rendelkezésünkre álló 40,0m/m%os oldat (ρ =1,1765 g/cm 3 ) hígításával. Hány cm 3 40,0 m/m%os oldatot és hány cm 3 vizet (0,9982 g/cm 3 ) 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 (m oa ) felírva az oldat tömegével (m o ) és az oldott anyag tömegtörtjével (w): m oa =m o *w Keverési szabály az 1.,2.,3., oldatok elegyítésére: m o1 w 1 +m o2 w 2 +m o3 w 3 +.. = (m o1 +m o2 +m o3 + )w elegyben Vagy: Az oldott anyag tömege (m oa ) felírva az oldat tömegével (m o ) és az oldott anyag tömeg%ával (m%) (w): m oa =m o *m% /(100%) Keverési szabály: m o1 m% 1 +m o2 m% 2 +m o3 m% 3 +.. = (m o1 +m o2 +m o3 + )m% elegyben
Oldatkészítés 2: oldatok elegyítése, keverési szabály Vettünk 100,0g 18,0 m/m%os hangyasav oldatot (1.oldat) és összeöntöttük 60,0cm 3 67,5m/m%os1,1579 g/cm 3 sűrűségű hangyasav oldattal (2.oldat). Mekkora tömegű és milyen tömeg%os összetételű hangyasav oldatot kaptunk (3.oldat)? Megoldás 1. 1. oldat: m o1 =100 g, 18 tömeg%os, így benne az oldott anyag tömege: m oa1 = 100*0,18=18 g 2. oldat: m o2 =ρv=1,1579*60=69,474g m oa2 =69,474*0,675=46,895g Elegyítés után: 3. oldat m o3 =100+69,474=169,474g m oa3 =18+46,895=64,895g m/m%=67,895/169,474*100%=38,3% Megoldás 2.: keverési szabállyal: m o1 w 1 +m o2 w 2 = (m o1 +m o2 )w 3 m o2 =ρv=1,1579*60=69,474g Behelyettesítve: 100*0,18 + 69,474*0,675 = (100+69,474) w 3 0,3829=w 3 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/cm 3 ) és 21,6 tömeg%os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség: 1,13 g/cm 3 ), hogy 10 tömeg%os oldatot kapjunk (3. oldat)? Hány mol/dm 3 es koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm 3 )? Megoldás 1. (Hartmann H., Knausz D., Szepes L.: Általános Kémiai Példatár, ELTE 1997., 2.2.3) 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 (100X)g Az oldott anyag tömege a három oldatban: m oa1 =m o1 *w 1 =X*0,07=0,07Xg m oa2 =m o2 *w 2 =(100X)*0,216=21,60,216X m oa3 =m o3 *w 3 =100*0,1=10g, ez az első két oldatban levő összes oldott anyag mennyiségével egyezik meg: 10=0,07X+21,60,216X 0,146X=11,6, X=79,5g 1. oldat: 79,5g, V o1 =m o1 /ρ o1 =79,5/1,04=76,44cm 3 2. oldat: 10079,5=20,5g, V o2 =m o2 /ρ o2 =20,5/1,13=18,14cm 3 A két oldat térfogatának aránya: V o1 :V o2 =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/cm 3 ) és 21,6 tömeg%os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség: 1,13 g/cm 3 ), hogy 10 tömeg%os oldatot kapjunk (3. oldat)? Hány mol/dm 3 es koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm 3 )? Megoldás 2. keverési szabállyal: m o1 w 1 +m o2 w 2 = (m o1 +m o2 )w 3 Válasszuk megint az elkészített oldatot 100 g tömegűnek és az 1. oldatot Xg tömegűnek, ekkor a 2. oldat tömege (100X)g Behelyettesítés a keverési egyenletbe: X*0,07+(100X)*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, V o1 =m o1 /ρ o1 =79,5/1,04=76,44cm 3 2. oldat: 10079,5=20,5g, V o2 =m o2 /ρ o2 =20,5/1,13=18,14cm 3 A két oldat térfogatának aránya: V o1 :V o2 =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/cm 3 ) és 21,6 tömeg%os foszforsav oldatot (2. oldat; sűrűség: 1,13 g/cm 3 ), hogy 10 tömeg%os oldatot kapjunk (3. oldat)? Hány mol/dm 3 es koncentrációjú az elkészített oldat (sűrűsége:1,053 g/cm 3 )? Megoldás,folytatás. Hány mol/dm 3 es koncentrációjú az elkészített 100g, 10 tömeg%os foszforsav oldat (sűrűsége:1,053 g/cm 3 )? V oldat =m/ ρ=100/1,053=94,97cm 3 =0,09497dm 3 M(H 3 PO 4 )=31,0+3*1,0+4*16,0=98g/mol n oa =m oa /M oa =10/98=0,102mol c oa =n oa /V oldat =0,102/0,09497=1,07mol/dm 3
Függelék: oldatok összetételének jellemzésére használt mennyiségek Tömeg, m [kg, t, q, dkg vagy dag, g, ] Térfogat, V [m 3, dm 3, l, ml ] Sűrűség ρ vagy d [g/cm 3, kg/m 3, ] Fajsúly: nem használjuk Anyagmennyiség n [mol] Moláris tömeg M [g/mol] Oldatok összetételének jellemzése: Anyagmennyiség koncentráció molaritás ( B vegyület anyagmennyisége 1 dm 3 oldatban c B vagy [B], mértékegysége:[mol/dm 3, vagy M] Tömegkoncentráció ( B tömege 1 dm 3 oldatban) ρ B [g/dm 3, kg/m 3 ] Molalitás (Raoultkoncentráció) ( B anyagmennyisége 1 kg oldószerben) [mol/kg] Móltört x i =n i /(Σ j n j ) Tömegszázalék ( B oldott anyag tömege 100 g oldatban) g/g%, %(w/w), tömeg%, % Tömegtört w i =m i /(Σ j m j ) Térfogatszázalék (B térfogata 100 cm 3 elegyben. A térfogati kontrakció miatt nem célszerű folyadékelegyekre használni) V/V%, %(v/v), tf% Vegyesszázalék %(w/v), %(m/v) ( B tömege gban kifejezve 100 cm 3 oldatban. Dimenzióval rendelkezik!) Hígítás V (a koncentráció reciproka) ppm, (B tömege az oldat tömegének milliomod részeiben) m B SI prefixumok exa E 10 18 deci d 10 1 peta P 10 15 centi c 10 2 tera T 10 12 milli m 10 3 giga E 10 9 mikro μ 10 6 mega M 10 6 nano n 10 9 kilo k 10 3 piko p 10 12 hekto E 10 2 femto f 10 15 deka da, 10 atto a 10 18