Problematyczne zadania

[Mikolai]

eMdzeJ, a ile Tobie wychodzi?

[adamantan]

Mikolai napisał:
Woda. Przeczytałem w Rożaku, że metal reaguje bezpośrednio z wodą, jeśli ma od mniejszy potencjał od właśnie potencjału rozkładu wody. Jednocześnie podali, że nikiel tak nie reaguje, gdyż w szeregu elektrochemicznym jest za reakcją rozkładu wody, a przecież ma potencjał to -0,250. Coś pomieszałem czy błąd w książce?

Odp.1
Z całym szacunkiem ale to co napisałeś powyżej jest kompletną bzdurą i jest tam co najmniej kilka błędów merytorycznych. Przepisz mi to tutaj słowo w słowo z książki bo wierzyć mi się nie chce że pisze tak jak to podałaś!

Mikolai napisał:
Zapisać to H4 + 2e 2H2?

Odp.2
Absolutnie nie!
W 100% prawidłowo wg I sposobu bilansu powinno być ( w nawiasach stopnie utlenienia które powinny się znaleźć jako rzymskie liczby nad symbolami):
2H(I) + 2e2H(0)

Choć w 99% w książkach i w 99% szkół średnich uczą błędnie i piszą:

2H(I) + 2eH2(0) (Jest to sposób błędny, jednak wszędzie akceptowalny, nawet na maturze)

Odp.3
2Cl(-I) (0)Cl2 + 2e |x5
Mn(VII) + 5e Mn(II) |x2

No dotąd masz dobrze, jedź dalej.

eMdzeJ napisał:
A ja mam następujące pytanie, gdyż poniższe zadanie próbuję zrobić już od jakiegoś czasu, próbuję, próbuję i nigdy wynik nie zgadza się z tym, co powinno wyjść (2,81%).

Zbiór operonu do 3 klasy, zadanie 2.72
300cm3 0,02-molowego wodnego roztworu kwasu jednoprotonowego, w którym stopień dysocjacji kwasu wynosił 16,6%, zmieszano z 200cm3 wodnego roztworu tego samego kwasu, ale o stopniu dysocjacji 1,8%. Oblicz stopień dysocjacji kwasu w tak otrzymanym roztworze.

Odp.

Zadanie wychodzi. Mi wyszło 2,83% przy dużej precyzji obliczeń. Nie podam rozwiązania ale wskazówki dzięki którym sam rozwiążesz to zadanie. Oto one:


1.) W obliczeniach zawsze stopnie dysocjacji zamieniasz z procentów na liczbę.
2.) Wykorzystując fakt, iż stała dysocjacji K nie jest zależna od stężenia ze wzoru na prawo rozcieńczeń Ostwalda i danych dla I roztworu oblicz wartość stałej K (zastanów się czy można zastosować wzór uproszczony?).
3.) Na podstawie obliczonej K oraz stopnia dysocjacji dla roztworu II znowu korzystając z prawa rozcieńczeń Ostwalda oblicz stężenie molowe roztworu II. Przed rozpoczęciem obliczeń zastanów się czy można zastosować wzór przybliżony?
4.) Teraz masz objętości i stężenia dwóch roztworów. Zlewamy je razem. Oblicz stężenie molowe wypadkowego roztworu ( metodą jaką lubisz to już jest proste).
5.) Mając właśnie obliczoną wartość stężenia molowego III roztworu oraz wartość stałej dysocjacji po raz kolejny korzystając z prawa rozcieńczeń Ostwalda oblicz stopień dysocjacji kwasu w roztworze III. Zastanów się kolejny raz czy możesz użyć uproszczonego wzoru.
6.) Otrzymujesz wynik od 2,80% do 2,90% w zależności od dokładności prowadzonych obliczeń.

[Mikolai]

Odp. 1
"Metale mające w szeregu elektrochemicznym potencjał niższy od potencjału reakcji rozkładu wody reagują z wodą bezpośrednio (chyba że ulegają pasywacji), [.]."

Odp. 2
2H(I) + 2eH2(0)
Tutaj z racji tego, ze w CH4 atomów wodoru jest 4 mnożymy przez 2 i dopiero wtedy uzgadniamy z drugim równaniem połówkowym? Inaczej chyba liczba wodorów w głównej reakcji nie będzie się zgadzać.

Odp. 3
No i dalej mi wychodzi, że w głównym równaniu reakcji po lewej stronie ma być 10 atomów chloru na -I stopniu utlenienia a po prawej 10 na 0 stopniu, podczas gdy po prawej są jeszcze atomy chloru na -I.

[adamantan]

1. A więc definicja brzmi nieco inaczej niż napisałeś . ale i tak jest błędna. Prawidłowo powinno być:

"Teoretycznie, rozpatrując warunki standardowe metale mające w szeregu elektrochemicznym standardowy potencjał niższy ( tzn. odpowiadające temu metalowi półogniwo metaliczne) od potencjału półogniwa wodorowego znajdującego się w warunkach standardowych (p i T z wyjątkiem stężenia jego własnych H⁺ które zamiast stężenia standardowego = 1mol/dm³ powinno wynosić 10^-7 mol/dm³ czyli dla pH =7 tak jak ma czysta woda), chyba że ulegają pasywacji. Potencjał standardowego półogniwa wodorowego przy pH = 7 wynosi -0,41V bez uwzględnienia nadpotencjałów i innych pierdół.
W praktyce szybkość reakcji metali z wodą które teoretycznie powinny reagować jest różna. I tak w przypadku małych wartości szybkości tych reakcji praktycznie zakłada się, że w danych warunkach metal z wodą nie reagują.
Przykład: magnez jest aktywnym metalem i spełnia powyższe stwierdzenie. Teoretycznie powinien reagować z wodą w temp. pokojowej weźmy 298K. Praktycznie szybkość reakcji jest tak mała, że stwierdzamy nie popełniając zbytniego błędu że w temp pokojowej magnez praktycznie nie reaguje z wodą. Natomiast z wodą w podwyższonej temperaturze np. 373K już reakcja jest zauważalna.

2.
Podałem Ci formę przed pomnożeniem przez 2. Po wymnożeniu powinno być:

4H(I) + 4e4H(0)

3.

10Cl(-I) + 2Mn(VII)10Cl(0) + 2Mn(II)

Pamiętając że Cl(I) nie tylko uczestniczy w procesie redoks ale częściowo przechodzi do produktów w postaci niezmienionej ostateczne równanie ma postać:

2KMnO₄ + 16HCl2MnCl₂ + 2KCl + 5Cl₂ + 8H₂O

[Mikolai]

1. A ta mała szybkość reakcji magnezu z wodą nie jest spowodowana tym, że magnez ulega pasywacji? Teoretycznie nikiel powinien w końcu reagować z wodą?

3. Może źle sformułowałem pytanie, ale o to właśnie mi chodziło. Po zbilansowaniu HCl na podstawie równań połówkowych, wziąłem pod uwagę inne atomy chloru, a potem uzgodniłem ilość cząsteczek H2O.

[adamantan]

1. Należy odróżnić od siebie dwa pojęcia:
Pokrywanie się powierzchni metalu np. produktem reakcji metalu z tlenem czyli tlenkiem od pojęcia pasywacja. Jeśli stawiasz znak równości pomiędzy tymi dwoma pojęciami to mógłbyś wtedy stwierdzić - 99% metali ulega pasywacji. A tak nie jest. Pasywacja ( w chemii) to proces polegający na tym, iż zwykle powierzchnia danej substancji w skutek reakcji chemicznych z inną substancją pokrywa się szczelną warstewką produktu reakcji, który uniemożliwia dalszy postęp reakcji. Tą warstewką nie musi być koniecznie warstewka tlenku, może to być warstewka chlorku, azotku, węgliku, węglanu czy innych związków. Ważne jest to, że nazywa się to pasywacją jeśli tak powstająca warstewka skutecznie chroni wewnętrzne pokłady np. metalu przed dalszą reakcją. W przypadku magnezu jak widzisz jest to mało skuteczne. Skutecznie pod wpływem tlenu pasywują się tacy kluczowi przedstawiciele jak: glin czy chrom. Choć ich warstewki tlenkowe w stosunku do innych substancji mogą nie spełnić już swojej funkcji ochronnej.

Czy potencjał standardowy niklu jest mniejszy od -0,41V

[adamantan]

Jeśli chodzi o ścisłą odpowiedź na pytanie:

A ta mała szybkość reakcji magnezu z wodą nie jest spowodowana tym, że magnez ulega pasywacji?

to należałoby:
- spytać o zdanie specjalistę chemii ciała stałego, takiego który siedzi z 10 lat nad badaniem powierzchni ciał stałych ( metali) aby się wypowiedział jak ma się reaktywność metalu do skuteczności ochronnej jego pasywnej warstewki np. tlenkowej
- poszukać wartości nadpotencjału wydzielania wodoru na magnezie w zależności od jego powierzchni aby dokładniej obliczyć jego rzeczywisty potencjał standardowy w momencie wydzielania się na nim wodoru.
- zapytać termodynamików czy może jakieś inne parametry na to wpływają
- spytać kinetyków o ich zdanie na ten temat
- powyższe rozważania rozszerzyć na wszystkie inne metale.

I wtedy można było by stwierdzić co tak naprawdę jest głównym czynnikiem powodującym że magnez z wodą w temp. pokojowej tak naprawdę nie reaguje ( czyt. reaguje bardzo wolno )

Ja przychylam się do tego iż tlenkowa warstewka na powierzchni jest stosunkowo mało ochronna w stosunku do wody i bardziej był stawiał na:
- powstającą wtórną warstewkę wodorotlenku i/lub
- wysoki nadpotencjał wydzielania wodoru na magnezie i/lub
- inne sprawy związane z kinetyką.

[Mikolai]

Dzięki, że wszystko tak dokładnie wytłumaczyłeś. Uczę się od początku na własną rękę i pewne rzeczy nie do końca ogarniam.
Jeśli zerknąłbyś jeszcze na ten przykład, byłbym bardzo wdzięczny.

Zn + OH^- + H₂O [Zn(OH)₄]^2- + H₂

Zn(O) Zn(II) + 2e
2H(I) + 2e H₂(stopień utlenienia 0)

Potem uzgadniam ładunki, na końcu liczbę wodorów i tlenów i wychodzi tak:

Zn + 2OH^- + 2H₂O [Zn[OH]4]^2- + H₂

[adamantan]

Do mikolai:
Tak, masz dobrze.

mikolai napisał:
A ta mała szybkość reakcji magnezu z wodą nie jest spowodowana tym, że magnez ulega pasywacji?

W celu zweryfikowania różnych opinii w literaturze, co do tego czy magnez reaguje/nie reaguje z wodą w temperaturze pokojowej i co jest za to odpowiedzialne w wolnej chwili przeprowadziłem następujące doświadczenia.

Wstęp.
Komercyjnie dostępny, pierwiastkowy magnez jest pokryty warstewką tlenku magnezu, śladami wodorotlenku magnezu oraz śladami tłuszczy, które szczelnie przylegają do powierzchni i w niektórych wypadkach skutecznie hamują reakcje magnezu z różnymi odczynnikami. Magnez jest sprzedawany w postaci wiórków magnezowych lub wstążki. Do doświadczenia wybrano wiórki magnezowe.

Doświadczenie 1.
Reakcja wiórków magnezowych, których powierzchnia nie została niczym oczyszczona (magnez prosto z opakowania).

Wykonanie:
Do dwóch zlewek 100cm³ wsypano kilka gramów wiórków magnezowych. Do jednej dodano 50cm³ wody destylowanej, kilka kropli roztworu fenoloftaleiny i pozostawiono w temperaturze 298K. Jest to zlewka nr I. Do drugiej zlewki z magnezem wlano 50cm³, kilka kropli roztworu fenoloftaleiny oraz ogrzewano do temperatury wrzenia, początkowo po to, aby usunąć rozpuszczone powietrze, którego pęcherzyki mogłyby błędnie, wizualnie sugerować wydzielający się wodór w reakcji magnezu z wodą. Następnie roztwór nieco ochłodzono i pozostawiono w temperaturze około 363K na pięć minut. Zlewkę tę nazwijmy nr II.

Obserwacje:
Obserwując zlewkę nr I przez 15 minut nie stwierdzono wizualnie wydzielania się pęcherzyków gazu. Roztwór pozostał bezbarwny.
Obserwując zlewkę nr II przez okres 30 minut można było zauważyć znikomą ilość drobnych pęcherzyków. Jednak roztwór tuż nad powierzchnią magnezu stał się lekko różowy (różowa smuga nad magnezem niczym mgiełka).

Wnioski:
Komercyjnie dostępny magnez bez wstępnego oczyszczania jego powierzchni z zanieczyszczeń praktycznie nie reaguje z wodą w temperaturze 298K (pokojowej). W temperaturze podwyższonej reakcja jednak zachodzi, co zostało stwierdzone na podstawie pojawienia się różowej smugi nad magnezem, aczkolwiek przebieg reakcji nadal jest wolny.
Hipoteza:
Zanieczyszczenia na powierzchni magnezu skutecznie uniemożliwiają jego reakcje z wodą.

Doświadczenie 2.
Reakcja wiórków magnezowych, których powierzchnia została oczyszczona ( magnez o wysokiej czystości oraz wysokiej czystości powierzchni).

Wykonanie:
Oczyszczanie powierzchni magnezu z tłuszczy.
Do kolbki stożkowej 100cm³ wsypano kilka gramów komercyjnie dostępnego magnezu w postaci wiórków. Następnie wlano 50cm³ heksanu (99%, cz.d.a). Kolbkę zatkano korkiem i przez 10min. Intensywnie ekstrahowano powierzchnię magnezu z tłuszczy. Po tym czasie heksanowy roztwór wylano. Do magnezu w kolbce dodano drugą, świeżą porcję 50cm³ heksanu i ekstrakcję powtórzono. Po 10min. Ekstrakt wylano a magnez wysuszono w temp. Ok. 60^oC. (Tak przygotowanego magnezu nie wolno dotykać rękoma gdyż tłuszcz z rąk ponownie by zanieczyścił jego powierzchnię!).

Oczyszczanie powierzchni magnezu z tlenku i wodorotlenku.

Przygotowano rozcieńczony roztwór kwasu solnego. Stężenie dobrano eksperymentalnie ( bez określania jego dokładnej wartości) tak, aby magnez intensywnie z nim reagował, ale jednocześnie nie zdążył się całkowicie roztworzyć w ciągu kilku minut. Do tak przygotowanego roztworu dodano oczyszczonego z tłuszczy magnezu. „Burzącą” się mieszaninę intensywnie wstrząsano przez 10min. Po tym czasie roztwór wylano i dodano świeżą porcję roztworu kwasu. Czynność powtórzono. Kiedy cała powierzchnia magnezu wizualnie była srebrzysto-biała całą mieszaninę szybko wylano na lejek ze spiekiem szklanym i szybko, intensywnie przemywano wodą destylowaną w celu odmycia śladów kwasu solnego. Procedura przemywania była na tyle szybka (ok.60s) że praktycznie nie rozpoczął się proces utleniania tej powierzchni tlenem z powietrza. Tak przemyty magnez szybko umieszczono w dwóch zlewkach 100cm³, do których wlano 50cm³ wody destylowanej oraz kilka kropli fenoloftaleiny. Jedną ze zlewek nazwijmy ją nr III pozostawiono w temp. 298K a drugą ( nr IV) ogrzano do 333K.

Obserwacje:
W zlewce nr III od powierzchni magnezu zaczęły się unosić do powierzchni roztworu dziesiątki, małych pęcherzyków a cały roztwór począł przybierać różowe a następnie malinowe zabarwienie.
W zlewce nr IV od powierzchni magnezu zaczęły się unosić do powierzchni roztworu setki małych pęcherzyków a cały roztwór począł przybierać malinowe zabarwienie. Ilość powstających pęcherzyków była wyraźnie większa niż w zlewce nr III. Dodatkowo szybciej został osiągnięty malinowy kolor roztworu niż w zlewce nr III.
Wnioski:
Magnez, którego powierzchnia została oczyszczona z tłuszczy oraz tlenków ( i wodorotlenku) reaguje w zauważalny sposób z wodą destylowaną już w temperaturze pokojowej. Wydzielające się pęcherzyki gazowego wodoru są wyraźnie widocznie. I nie pochodzą one z reakcji śladów kwasu solnego z magnezem, który to kwas mógł się przedostać z procedury po oczyszczaniu gdyż zabarwienie fenoloftaleiny wyraźnie świadczy o obecności zasadowego roztworu.
Szybkość reakcji magnezu (którego powierzchnia została oczyszczona) z wodą jest mniejsza niż szybkość reakcji wapnia z wodą, co zgadza się z aktywnością tych metali. Szybkość reakcji magnezu, (którego powierzchnia została oczyszczona) z wodą zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury, co jest zgodne podstawami chemii.

Podsumowanie.
Przeprowadzone dwa doświadczenia wyraźnie świadczą o tym, iż zanieczyszczenia w formie tłuszczy, tlenku i wodorotlenku magnezu na powierzchni komercyjnie dostępnego magnezu skutecznie zapobiegają jego reakcji z wodą w temp. pokojowej. Wynika z tego, że czynniki, które wymieniłem wcześniej raczej mają nikły wpływ na powyższą reakcje oczyszczonego magnezu z wodą. A więc wypowiadając stwierdzenia: w temperaturze pokojowej magnez reaguje/nie reaguje z wodą należy wyraźnie zaznaczyć, z jakim magnezem mamy do czynienia. Komercyjnym czy komercyjnym, którego powierzchnia została oczyszczona. Z przeprowadzonego później doświadczenia w którym magnez oczyściłem tylko tłuszczy wynika że w dużej mierze jednak pasywacja magnezu ma wpływ na jego pasywne zachowanie się w stosunku do wody w temperaturze pokojowej.

[Ana09]

Czym sie rozni ten zapis NH4*H2O od dodawania do siebie tych dwoch reagentow?
Po co zostal wprowadzony ten zapis z mnozeniem? Jakie reakcje zapisuje sie z mnozeniem, od czego to zalezy?

[Kester]

Dlatego, że nie ma czegoś takiego jak NH4OH. Dodawanie też jest uznawane jak napiszesz zamiast 2NH3*H2O np. 2NH3 + 2H2O. Biega tutaj tylko o to, że na dwie cząsteczki amoniaku masz dwie cząsteczki wody. Jak dla mnie to to mnożenie tylko po to bo praktyczniejsze i mniejsze ryzyko błędu.

Mnożenie raczej wszędzie możesz napisać np. H2S04 pod postacią h2o*so3, przy wodzie amoniakalnej ma zastosowanie, bo wiązania pomiędzy amoniakiem, a wodą są tak słabe, że praktycznie nie występują.

[adamantan]

Ana09 napisała:
Czym sie różni ten zapis NH4*H2O od dodawania do siebie tych dwóch reagentów?
Po co zostal wprowadzony ten zapis z mnożeniem? Jakie reakcje zapisuje sie z mnożeniem, od czego to zależy?

Muszę się wtrącić z uwagi że jestem wrażliwy na nazwanie zapisu z kropką (gwiazdką) w chemii - mnożeniem".
Tak jak w każdej dziedzinie pewne znaki określają specyficzne rzeczy, tak w chemii jest podobnie. I tak w druku:
- w matematyce kropka to zwykle znak mnożenia, bądź znak dziesiętny
- w języku polskim znak końca zdania
- w chemii znak kropki ( nie żadnego mnożenia, tam nic nie mnożymy) używany w zapisie hydratów, bądź adduktów w stosunku do których nie znamy ich dokładnej struktury ( bądź nie chcemy określać tej struktury ).
W starej literaturze znak kropki we wzorach sumarycznych w chemii nieorganicznej był nagminnie używany w tzw. tlenkowych zapisach soli. O ile w niektórych dziedzinach jeszcze jest używany (rolnictwo, nawozy sztuczne - zapis tlenkowy ) o tyle w chemii zapis taki jest błędny, gdyż zwykle jest to interpretowane przez uczniów jako mieszanina związków a nie odrębny związek. I tak zapisy SO3*H2O, CaO*CO2 są błędne. Pierwszy sugerowałby istnienie jakiegoś uwodnionego tlenku siarki (VI) a drugi co? mieszaninę tlenku wapnia i dwutlenku węgla? Hydrat a odpowiadający mu bezwodny związek to dwa różne związki. Hydrat to związek, to nie jest żadna mieszanina związku bezwodnego i wody!
Zapisami tymi dla związków o ściśle określonej strukturze można się posługiwać tylko z pewną dyspensą - jeśli zadanie ściśle tego wymaga. W każdym innym wypadku posługiwanie się tymi zapisami jest błędne!
To jakie to są zadania w których można się tym zapisem posługiwać?
Są to zwykle zadania obliczeniowe w stylu:
"Oblicz zawartość procentową wapnia w węglanie wapnia w przeliczeniu na tlenek wapnia (czyli wykorzystaj wzór tlenkowy CaO*CO2)".
Oczywiście są sytuacje gdzie zapis z kropką jest jedynym wyjściem. Są to np. wspomniane już wzory hydratów, adduktów no i . nieszczęsny amoniak. Ponieważ w wielu okolicznościach musimy posługiwać się zakazanym wzorem: NH4OH czyli potrzebujemy amoniak w roztworze wodnym używamy zapisu: NH3*H2O. Ten zapis również nie oddaje w pełni stanu amoniaku w roztworze wodnym gdyż cząsteczki amoniaku nie oddziałują w bliskim sąsiedztwie tylko z jedną cząsteczką wody. Dodatkowo tworu NH3*H2O nie da się wyizolować i powiedzieć oto czysty NH3*H2O. Taki twór ( a właściwie jeden z takich tworów istnieje tylko w roztworze wodnym). No ale cóż CKE nakazuje stosowanie tego i zabrania stosowania NH4OH. Moim zdaniem nagonka na NH4OH jest bezzasadna. Owszem, jego podobnie jak poprzednika nie da się wyizolować z roztworu ale wielu wybitnych profesorów nadal posługuje się tym zapisem bo on wiele wyjaśnia i upraszcza (sam osobiście znam kilku którzy mnie uczyli .
Sam jestem za tym zapisem gdyż dzięki niemu dziecinnie prosto omawia się sole amonowe, ich otrzymywanie które sprowadza się wtedy do ogólnych metod otrzymywania soli ( a nie jakiś odrębnych jak z zapisem NH3*H2O) no i przede wszystkim w zapisach równań hydrolizy.
Tak więc wszystko zależy od umowy, bo zapis symboliczny jakiegokolwiek wzoru chemicznego jest tak naprawdę kiepskim przybliżeniem tak jak matematyce 3,14 jest fatalnym przybliżeniem liczby pi.

[szarobarwna]

Witam, piszę w tym wątku,bo widzę, że jest na bieżąco odwiedzany. Mam problem z kilkoma zadaniami z elektrolizy, gdyby ktoś był w stanie je rozwiązać, to byłabym wdzięczna. :
1)Ile atomów miedzi wydzieli się na katodzie platynowej w czasie elektrolizy wodnego r-ru CuSO4 prądem o natężeniu 1A w ciągu 30 min?
2)20g KNO3 rozpuszczono w 150g wody i przeprowadzono elektrolizę otrzymanego r-ru. Po zakonczeniu elektrolizy stezenie procentowe KNO3 w roztworze wynosilo 15%. Objetosci wodoru i tlenu wydzielonych w czasie elektrolizy byly rowne?
3)Podczas elektrolizy wodnego r-ru AgNO3 wydzielilo sie 21,6 g srebra. Ile gramow miedzi wydzielilby ten sam ladunek elektoryczny przeplywajacy przez roztwor zawierajacy jony Cu2plus.
4)Dwa elektrolizery z ktorych pierwszy zawieral wodny roztwor AgNO3 a drugi CuSO4 połączono równolegle i przeprowadzono elektrolizę tak dlugo az ze zrodla zasilajacego wyplynal ladunek rowny 2,2F. Ile gramów srebra wydzieliło się na katodzie pierwszego elektrolizera jesli w drugim elektrolizerze wydzielilo sie na katodzie 1 mol miedzi?
5)Dwa elektrolizery z ktorych pierwszy zawieral wodny roztwor AgNO3 a drugi NaCl połączono równolegle i przeprowadzono elektrolizę tak dlugo az ze zrodla zasilajacego wyplynal ladunek rowny 1F.Jaka objetosc chloru wydzielila sie na andozie drugiego elektrolizera jesli w pierwszym z elektrolizerow wydzielilo sie na katodzie 10,8g srebra?