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Progetto Nazionale Orientamento e formazione degli insegnanti per l'area chimica
La serie elettrochimica
PREREQUISITI – Gli studenti dovrebbero conoscere la struttura dell’atomo, la
tavola periodica ed avere il concetto di reazione chimica.
OBIETTIVI:
1)
Acquisizione, da parte degli allievi, della capacità di riconoscere l’agente ossidante
e l’agente riducente nell’equazione di una reazione redox.
2)
Acquisizione, da parte degli allievi, della capacità di identificare ciò che si ossida e
ciò che si riduce, data un’equazione ossido-riduttiva (redox).
3)
Acquisizione della capacità, data la formula di una molecola o di uno ione
molecolare, di determinare il numero di ossidazione di ciascun atomo che vi
compare.
4)
La capacità, da parte degli allievi, di disporre una serie di ioni in ordine di capacità
decrescente a competere per gli elettroni, basandosi sui dati relativi alle reazioni
metallo/ione metallico.
5)
L’apprendimento, da parte degli allievi, di operare la distinzione tra le equazioni
che rappresentano processi redox e quelle che rappresentano processi di altro
genere
6)
L’apprendimento, da parte degli allievi, del bilanciamento di un’equazione ossidoriduttiva con il metodo del numero di ossidazione.
MATERIALE OCCORRENTE PER OGNI GRUPPO
Reattivi
Strisce dei seguenti metalli: Cu, Pb, Ag, Zn
Acqua di bromo (soluzione satura)
Acqua di cloro (soluzione satura)
Tetracloruro di carbonio
Soluzioni:
nitrato di rame 0.1 M [24.2 g di Cu(NO3)2 *3H2O /litro]
nitrato di piombo 0.1M [33.1 g di Pb(NO3)2 /litro];
nitrato di zinco 0.1M; [29.8 g di Zn(NO3)2 *6H2O /litro]
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nitrato di argento 0.1M;
I2 0.05 M;
FeCl3 0.1M;
KBr 0.1M; [11.9 g di KBr /litro]
K3Fe(CN)6 0.1M;
KI 0.1M; [16.6 g di KI /litro]
KMnO4 (cristalli);
Trucioli di tornitura di rame;
NH4OH 6M
HCl 6M
Vetreria e piccola strumentazione
Porta provette, 16 provette o becher da 100 mL, lana d’acciaio, tela - smeriglio o cartasmeriglio
INFORMAZIONI SULLA SICUREZZA – Sono prescritti il camice ed il lavoro sotto
cappa quando indicato nella metodica. Cautela nella manipolazione del nitrato d’argento,
perché è una sostanza che macchia gli abiti e la pelle.
PROCEDIMENTO
A. Rame, zinco, piombo e loro ioni.
Si immergano una lamina di rame in 10 cc di soluzione 0.1M di nitrato di zinco e una lamina
di zinco in 10 cc di una soluzione di nitrato di rame 0.1M.
Ora si provi ad immergere una lamina di piombo (che va pulita con carta abrasiva prima di
immergerla) nelle soluzioni di nitrato di rame e nitrato di zinco. Si provi ora ad immergere le
lamine di rame e di zinco in una soluzione di nitrato di piombo.
Si annotino nella tabella riportata di seguito le variazioni di colore delle soluzioni e delle
lamine o la formazione di precipitati. Si scrivano le equazioni nei casi in cui si verifichino
reazioni.
La tabella che si suggerisce di compilare è la seguente:
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La tabella che si suggerisce di redigere è la seguente:
Catione
presente nella
soluzione
Ag+
Lamina
Argento
Lamina
Rame
Lamina
Piombo
Lamina
Zinco
Cu++
Pb++
Zn++
Si confronti la forza del piombo come agente riducente con quella del rame e dello zinco.
Si prepari una tabella scrivendo i simboli degli ioni dei tre metalli in una colonna, ponendo
l'agente ossidante più forte in alto ed il più debole in basso. Alla destra di ogni simbolo, si
tracci una barra e quindi si scriva il simbolo della forma ridotta del metallo; per esempio,
Cu++/Cu
Gli allievi hanno ora una piccola scala di ossido - riduzione.
Qual'è l'agente riducente più forte, il rame o lo zinco?
Qual'è l'agente ossidante più forte, lo ione piombo o lo ione rame?
B. La coppia Argento-ione argento
Si correlino i dati del paragrafo precedente con i risultati ottenuti nella preparazione di
argento puro per precipitazione con un filo di rame immerso in una soluzione di nitrato di
argento 0.1 M. Si predica la posizione della coppia Ag+/Ag nella serie dei potenziali prima
costruita. Gli allievi convalidino le conclusioni a cui sono pervenuti provando le combinazioni
della soluzione con gli altri tre metalli, o dell' Ag metallico con le soluzioni degli altri ioni
metallici, come trovano opportuno. Si riportino nella tabella 1 le osservazioni fatte.
C. La coppia Idrogeno -ione idrogeno
Si saggi la reattività di ciascuno dei metalli con una soluzione di HCl 6M.
Si scrivano le equazioni relative alle diverse prove.
Si ponga, quindi, la coppia H+/ H2 nella sede appropriata nella scala dei potenziali.
D. Il potere ossidante degli alogeni
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Si aggiungano, piccole quantità di acqua di cloro in una provetta a 3 cc di KBr 0.1M, e in
un’altra provetta a 3 cc di una soluzione di KI 0.1M. 1 cc di CCl4 viene aggiunto a ciascuna
provetta: si agiti per disciogliere l' alogeno libero, questo permetterà di distinguere il bromo
libero dallo iodio libero in soluzione acquosa.
Scrivere cosa si osserva e quindi le equazioni.
Esempio:
KBr + Cl2(aq) + CCl4 -> descrivere la colorazione che si sviluppa nel CCl4
Nota Bene. Se gli allievi non hanno familiarità con i colori del Br2 e dell' I2 liberi disciolti in
tetracloruro di carbonio, si aggiunga un pò di CCl4 a 3 cc di ciascuna soluzione di I2 e di Br2
in acqua in provette distinte. Si agiti e si prenda nota del risultato.
Come confrontate riguardo al potere ossidante, il cloro con il bromo e lo iodio?
Si aggiungano 1 cc di acqua di bromo a 3 cc di una soluzione di KI 0.1M, e 1 cc di una
soluzione di iodio a 3 cc di KBr 0.1M. Si usi di nuovo il CCl4 per controllare i risultati.
Scrivere le equazioni. Ora gli allievi dispongano i tre alogeni in una serie dei potenziali
separata.
E. La coppia ione ferroso/ ione ferrico.
Determinare se lo ione ferrico è un agente ossidante più o meno forte dello iodio o del bromo
aggiungendo 1ml di soluzione 0.1M di FeCl3 a 2ml ciascuno di KBr e KI 0.1M. Aggiungere
un pò di CCl4 e agitate, prendete nota del fatto che si formi oppure no alogeno libero. Provare
se si forma ione ferroso, aggiungendo un pò di soluzione di ferricianuro di potassio, che forma
un precipitato blù scuro di ferricianuro ferroso: Fe3[Fe(CN)6]2.
Scrivere le equazioni in tutti i casi in cui si è ridotto lo ione ferroso.
Porre la coppia Fe+++ /Fe++ nella sede appropriata nella scala dei potenziali redox degli
alogeni.
F. La coppia ione manganoso-ione permanganato
Aggiungere un paio di cristalli di permanganato di potassio a 3 cc di HCl 6M. Se necessario
scaldare la miscela. Scrivere l' equazione.
Porre la coppia MnO4-/Mn++ nella serie dei potenziali scritta dagli allievi.
G. La reazione degli alogeni con i metalli
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Gli alogeni sono agenti ossidanti abbastanza forti da ossidare i metalli ai corrispondenti ioni
metallici?
Per rispondere al quesito aggiungere 10 cc di acqua di bromo ad uno dei metalli meno attivi;
per esempio, ad un pò di tornitura di rame in una provetta lunga 15 cm. Agitare la miscela per
parecchi minuti e, se necessario, farla bollire un momento (si operi sotto cappa!) per
rimuovere il rimanente bromo libero.
Provare la formazione di bromuro aggiungendo un paio di gocce di nitrato di argento. Provare
anche se si ha formazione di ioni rameici aggiungendo 1 cc di NH4OH 6M (il complesso
[Cu(NH3)4]++ di colore blu indica la presenza degli ioni rame). L'AgBr eventualmente
presente non interferisce con l' osservazione.
Gli allievi potrebbero concludere da questo risultato che altri metalli più attivi come il ferro il
piombo e lo zinco dovrebbero anch' essi essere ossidati dal bromo?
Le osservazioni sperimentali degli allievi dovranno permettere loro di combinare le due serie
di potenziale separate in una scala redox generale di dieci coppie che mostreranno le tendenze
relative dei vari elementi e ioni studiati ad acquistare e a perdere elettroni.
VERIFICA
1
data la seguente equazione ossido-riduttiva
Cu + 2NO3- + 4H+ -> Cu2+ + 2NO2 + 2H2O
Identificare fra le affermazioni che seguono quella falsa:
A
nella reazione si ossida il rame
B
nella reazione si riduce l’idrogeno
C
l’agente riducente del processo è il rame
D
la reazione si deve compiere in ambiente acido
E
l’equazione è bilanciata correttamente
2
Uno solo dei gruppi sotto riportati mostra per ciascun atomo o ione il giusto valore del
numero di ossidazione; lo si identifichi.
A
Cl2°, Na+, Ca2+, Cl-, O2-
B
F2°, Na2+, Ca2+, Cl-, O2-
C
Br2°, K+, Be+, F-, S2-
D
I2°, Rb+, Ca+, Cl°, O-
E
Cl2-, Cs+, Ba2+, N3-, O2-
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3
Quale fra le equazioni seguenti non rappresenta una reazione ossido-riduttiva?
A
2Mg(s) + O2 (g) -> 2MgO (s)
B
MgO(s) + SO3 (g) -> MgSO4 (s)
C
2SO2(g) + O2(g) -> 2SO3 (g)
D
Mg(s) + 2Ag+ + 2NO3- -> Mg2+ + 2NO3- + 2Ag(s)
E
Mg(s) +Br2 (g) -> MgBr2 (s)