Výukové materiály ZŠ Kaplice, Školní 226

Chemie - 9. ročník - Chemické reakce

Redoxní reakce Tepelné reakce Fyzikální veličiny v chemii Výpočty z chemických rovnic Řešené příklady Cvičení
Literatura

Redoxní reakce

Elektrochemie

- část fyzikální chemie zabývající se rovnováhami a procesy v taveninách a roztocích elektrolytů při průchodu a vzniku elektrického proudu.

Redoxní reakce


Př. Hoření hořčíku
Hoření hořčíku
obr. Animovaná chemie - CD


2Mg0  +  O20 --->  2 MgII O-II

Redoxní reakce jsou reakce, při nichž se mění oxidační čísla.
Redoxní reakce je reakce spojená s přijímáním a odevzdáváním elektronů mezi reaktanty.
Každá redoxní reakce se skládá ze 2 poloreakcí: redukce a oxidace. Probíhají současně.
Každá změna ox. čísla souvisí s přesunem elektronů.


Redukce je děj, při kterém se oxidační číslo atomu prvku zmenšuje. Atom (částice) přijímá elektrony.
O20  --->  2O-II

O 0  +  2e  ---> O-II

2O0  +  4e  ---> 2O-II

Oxidace je děj, při kterém se oxidační číslo atomu prvku zvětšuje. Atom (částice) ztrácí (odevzdává) elektrony.

Mg 0 ---> MgII

Mg 0 -  2e  ---> Mg2+

2Mg 0  -  4e ---> 2Mg2+

Redukční činidlo
Redukční činidlo je látka obsahující atomy, které se při reakci oxidují (oxidační číslo těchto atomů se zvětšuje). Redukční činidlo způsobuje redukci jiných látek.
Ve zde uvedeném případě je redukčním činidlem hořčík Mg.

Oxidační činidlo
Oxidační činidlo je látka obsahující atomy, které se při reakci redukují (oxidační číslo těchto atomů se zmenšuje). Oxidační činidlo způsobuje oxidaci jiných látek.
Ve zde uvedeném případě je oxidačním činidlem kyslík O2
nahoru

Význam a příklady redoxních reakcí:


Elektrolyza NaCl
obr. Animovaná chemie - CD



Akumulator
obr. Animovaná chemie - CD


4. Koroze - redoxní reakce probíhají také při korozi kovů.

Koroze
obr. Animovaná chemie - CD



Vysoká pec a reakce
obr. Animovaná chemie - CD

nahoru

Redoxní vlastnosti kovů a nekovů



1. Vytěsňování kovů z roztoků jejich solí


vytesnovani kovu
obr. Základy chemie 2, Fortuna

CuSO4   +  Zn  ---> Cu  +  ZnSO4
ZnSO4   +  Cu neprobíhá
2Ag NO3  +  Zn  ---> 2Ag  +  Zn( NO3)2
2Ag NO3   +  Cu --->  2Ag  +  Cu( NO3)2

Závěr: Schopnost vytěsňovat jiné kovy z roztoků klesá v řadě: ZnCuAg


2. Vytěsňování vodíku z kyseliny sírové
H2SO4   +  Cu neprobíhá
H2SO4   +  Fe  --->  H2  +  FeSO4
H2SO4  +  Zn  ---> H2  +  ZnSO4
H2SO4  +  Mg  --->  H2   +  MgSO4
Nejbouřlivěji reaguje s roztokem kyseliny hořčík, méně zinek, ještě méně železo.

Závěr: Podle reaktivity uspořádáme kovy: Mg Zn Fe ›› Cu


Řada reaktivity kovů (a vodíku)

Nejreaktivnější jsou kovy vlevo. Reaktivita klesá postupně zleva doprava:

rada reaktivity kovu
obr. Základy chemie 2, Fortuna



Kovy zařazené vpravo od mědi se mohou v přírodě vyskytovat jako prvky a označují se jako ušlechtilé kovy. Ostatní kovy se v přírodě vyskytují ve sloučeninách.

Z postavení kovů v řadě reaktivity se dá odvodit, že: nahoru

Získávání kovů z rud



Rudy  ---> sloučeniny (oxidy kovů)  --->  kov

Přiklady rud:
Př. Příprava Pb

1) úprava PbS:     2PbS  +  3O2  --->  2PbO   +  2SO2
2) redukce PbO uhlíkem:     2PbO   +  C  --->  CO2   +   2Pb

Výroba surového železa



Vsázka (suroviny) do vysoké pece:

Vysoka pec
obr. Animovaná chemie - CD

Vysoká pec a reakce
obr. Animovaná chemie - CD

Složení a vlastnosti:

Použití: topná tělesa, části strojů, potrubí, kuchyňské nádobí, výroba oceli

nahoru

Výroba oceli



Obsah oceli
obr. Animovaná chemie - CD

Výroba oceli spočívá ve snížení obsahu uhlíku (pod 1,7%), dále ve snížení obsahu Si, Mn, P oxidací vzdušným kyslíkem (tzv. zkujňování - spalování vzdušným kyslíkem)
Surovina: surové železo
Způsoby výroby oceli: Vlastnosti: měkčí než surové železo, kujná
Použití: nástroje, stroje, různé konstrukce

nahoru

Elektrolýza



Elektrolýza - je redoxní děj probíhající na elektrodách při průchodu stejnosměrného elektrického proudu elektrolytem (roztok nebo tavenina obsahujicí volné pohyblivé ionty).

Průmyslově využití elektrolýzy:
a)Výroba kovů - Na, Al   nekovů - Cl2, H2   sloučenin - NaOH

Př. Elektrolýza taveniny NaCl
NaCl  --->  Na+ + Cl-
anoda (+)
Cl - - 1e ---> Cl    oxidace
Cl + Cl  --->  Cl2
katoda (-)
Na+ +1e  --->  Na     redukce

Celková reakce při elektrolýze taveniny NaCl:
2NaCl  --->  2Na + Cl2

Elektrolyza NaCl
obr. Animovaná chemie - CD

Př. Elektrolýza vodného roztoku NaCl
NaCl + H2O  --->  Na+ + Cl- + H+ + OH-
anoda (+)
Cl- -1e  --->  Cl   oxidace
Cl + Cl  --->  Cl2
katoda (-)
H+ +1e  --->  H   redukce
H + H  --->  H2
V elektrolyzéru:
Na+ + OH-  --->  NaOH

Celková reakce při elektrolýze vodného roztoku NaCl:
2 NaCl + 2 H2O  --->  2 NaOH + H2 + Cl2

b) Elektrolytické čištění kovů

Čištení kovů
obr. Základy chemie 2, Fortuna

Podobně jako měď lze elektrolyticky čistit i další kovy např. Fe, Zn, Ag, Au.

c) Galvanické pokovování - zvýšení odolnosti a zlepšení vzhledu povrchu

Pokovovani
obr. Základy chemie 2, Fortuna

Pravidla galvanického pokovování

Pokovujeme-li předmět kovem X, použijeme:


nahoru

Galvanický článek




obr. Základy chemie 2, Fortuna


Galvanický článek je zdroj stejnosměrného elektrického proudu, který se uvolňuje při redoxních reakcích.
Skládá se ze dvou elektrod a elektrolytu (látky schopné přenášet elektrický proud). Jedna z elektrod se oxiduje, druhá redukuje. Uvolněné elektrony odvádíme do spotřebiče, kde konají práci.
Napětí galvanického článku závisí na druhu elektrod a elektrolytu.

Galvanické články se děli na:
a)Neobnovitelné
Př. Voltův článek
elektrody: Zn, Cu
elektrolyt: H2SO4
reakce:
anoda (-) oxidace Zn   -  2e  --->  Zn2+
katoda (+) redukce Cu2+   + 2e  --->  Cu

Voltův článek
obr. Animovaná chemie - CD

Př. Danielův článek (mokrý článek)
Součásti článku:
Reakce: Danielův článek
obr. Základy chemie 2, Fortuna

Př. Suchý článek (baterie)
b) Obnovitelné  (akumulátory - po vybití se dají znovu nabít)
Elektroaktivní látka se vytváří při jejich nabíjení - probíhá elektrolýza

Př. Olověný akumulátor
Elektrolyt - kyselina sírová
Elektrody  - desky upevněné na inertním nosiči (upravené do tvaru mřížky)
- Pb
- Pb + PbO2

Akumulator
obr. Animovaná chemie - CD

Reakce:
vybíjení (chemická energie se mění na elektrickou energii)
Pb   +  PbO2 + 2H2SO4  --->  2 PbSO4   +   2 H2O
nabíjení - reakce probíhá obráceně
Účinnost: 75-80%, NiFe 55%
Použití: v motorových vozidel jako zdroje pro zapalování, osvětlení, servomotory a startér.

nahoru







Koroze - nepřítel kovů



Koroze kovů je redoxní reakce, která probíhá působením vzdušného kyslíku, vody a dalších látek (soli, kyseliny...). Agresivita prostředí (střídání teplot, intenzita slunečního záření atd.) ovlivňuje také průběh koroze.

Koroze může být: Železo

Rez, která vzniká při korozi železa je směs jeho oxidů a hydroxidů.

koroze
obr. Animovaná chemie - CD


Vznik hydroxidu:
4Fe  +  3O2  +  6H2O  ---> 4Fe(OH)3
Koroze železa na rozdíl od jiných kovů má destrukční účinky - postupně zničí kov v celém jeho objemu.

Měď
- koroze probíhá pouze na povrchu, měď se potáhne vrstvou hydratovaných oxidů zelené barvy, které měď chrání před další korozí.

Hliník, Zinek, Olovo, Cín,...
- tyto kovy podléhají pouze povrchové korozi za vzniku oxidů, které kov chrání před další korozí.

Ochrana proti korozi
a) mazání, olejování
- součástí strojů, automobilů apod.

b) nátěry, antikorozní nátěry
- laky nebo barvy - na povrchy konstrukcí apod.

c) smaltování
- povrch se pokrývá speciální látkou, která se vypálením zpevní a vytváří antikorozní vrstvu - nádobí

d) pokovování
- povrch oceli se pokryje vrstvou jiného kovu, který nepodléhá korozi (např. chrom) nebo který se pasivuje (např. zinek, nikl apod.). Zvláštním druhem je žárové stříkání kovů - tvz. METALIZOVÁNÍ

e) obětní elektroda
- část ocelové konstrukce, která nemůže být jinak chráněna, se vodivě spojí s elektrodou reaktivnějšího kovu (většinou zinkovou), která je postupně rozrušována namísto oceli. Elektroda se musí po čase vyměňovat.
nahoru