Chemie 7e ed - Hoofdstuk 9 - Redoxreacties oefentoetsen & antwoorden

Corrosie is de (ongewenste) reactie tussen een metaal, zuurstof uit de lucht en water. De reductor is het deeltje dat elektronen afstaat, de elektronendonor.De oxidator is het deeltje dat elektronen opneemt, de elektronenacceptor.Een redoxreactie is een chemische reactie waarbij elektronen worden overgedragen.Edele metalen reageren (bijna) nergens mee, vaak uit groep 17 of 18 van het periodiek systeem.Roesten is een chemische reactie van de vaste stof ijzer met het gas zuurstof onder invloed van water. Elektroden zijn staafjes (bijna altijd een metaal) die elektrische stroom kunnen geleiden.  Tip: Bij dit soort vragen kun je op een aantal aspecten letten: Negatieve ionen zijn vaak reductoren, omdat ze de negatieve lading kunnen verliezen door elektronen af te staan (en weer een neutraal atoom te worden).Positieve ionen zijn vaak oxidatoren, omdat ze de positieve lading kunnen verliezen door elektronen op te nemen (en weer een neutraal atoom te worden).Om te achterhalen of een ion zowel een reductor als een oxidator is, is het handig om BINAS Tabel 99 erbij te pakken. Wanneer dit een positief ion is, kunnen er elektronen worden opgenomen om een neutraal atoom te vormen,. Wanneer er meer ionen mogelijk zijn met een hogere pluslading, is het ook mogelijk om elektronen af te staan en dus op te treden als reductor.Je kunt je eigen antwoord controleren door het molecuul of ion dat wordt gevraagd op te zoeken in BINAS Tabel 48. Let wel op: als er wordt gevraagd om een uitleg is het onvoldoende om te noemen dat je het antwoord uit deze tabel hebt gehaald.Cl2 is een neutraal molecuul en chloor kan ionen vormen met een lading van 1-, dus Cl-. Om Cl- te vormen moeten er elektronen opgenomen worden en dat maakt Cl2 een oxidator. Cr2+ is een ion met een positieve lading. Wanneer dit ion elektronen opneemt, kan het worden omgezet in het neutrale atoom Cr, waardoor het een oxidator is. In BINAS Tabel 99 is echter te zien dat de ionen Cr3+ en Cr6+ ook bestaan. Om in die ionen omgezet te worden, moeten er elektronen worden afgestaan, waardoor het als reductor optreedt. Cr2+ kan dus zowel oxidator als reductor zijn.In BINAS Tabel 99 is te zien dat Fe de ionen Fe2+ en Fe3+ kan vormen. Daarvoor moeten elektronen worden afgestaan, dus Fe is een reductor.CrO42- is een negatief ion, waardoor het relatief makkelijk elektronen kan afstaan en het dus een reductor is.De sterkste reductoren staan onderaan in de rechterkolom.Bedekken met verf, vet of plastic, een oxidelaag, een metaallaag met onedeler metaal of sterkere reductor en het gebruik van opofferingsmetaal.Elektronen bevatten een negatieve lading en worden aangetrokken door positieve ladingen en afgestoten door negatieve ladingen. De elektronenstroom bevat dus alleen maar negatieve ladingen die worden aangetrokken door de pluspool. Vandaar dat de elektronenstroom van de minpool naar de pluspool loopt.Tip: In een elektrochemische cel zitten de volgende onderdelen → zoutbrug / elektrolyt, stroomdraad, voltmeter, elektroden, ‘container’ met reductor, ‘container’ met oxidator.Door het elektrode-oppervlak te vergroten (zodat er meer deeltjes tegelijkertijd kunnen reageren) en door het elektrolyt aan te passen (zorgen voor een kleinere weerstand, een groter contactoppervlak, een kleinere afstand tussen de elektroden of het materiaal waarvan het elektrolyt is gemaakt). Het antwoord moet de volgende elementen bevatten:De vaste stof zink wordt genoteerd als: Zn (s). Een verdunde oplossing van zoutzuur wordt genoteerd als: H+ (aq) + Cl- (aq)In BINAS Tabel 48 is te zien dat Zn (s) als reductor reageert en H+ (aq) als oxidator. Twee keer H+ (aq) wordt hierbij omgezet tot H2 en daarbij moeten elektronen worden opgenomen. Zn (s) wordt hierbij omgezet tot Zn2+ (aq) en moet dus elektronen afstaan. De elektronen die bij Zn (s) worden afgestaan, worden opgenomen bij H+ (aq). Er is dus sprake van elektronenoverdracht en daarom is het een redoxreactie.Een koper(II)sulfaatoplossing reageert met de vaste stof ijzer. De deeltjes die aanwezig zijn: Cu2+ (aq), SO42- (aq), H2O (l) en Fe (s).De sterkste reductor is: Fe (s)De sterkste oxidator is: Cu2+ (aq)RED Fe (s) → Fe2+ (aq) + 2e-OX Cu2+ (aq) + 2e- → Cu (s)REDOX Fe (s) + Cu2+ (aq) → Fe2+ (aq) + Cu (s) De vaste stof aluminium reageert met een lood(II)nitraat-oplossing.De deeltjes die aanwezig zijn: Al (s) + H2O (l) + Pb2+ (aq) + NO3- (aq)De sterkste reductor is: Al (s)De sterkste oxidator is: NO3- (aq)RED Al (s) → Al3+ (aq) + 3e- 2x OX NO3- (aq) + H2O (l) + 2e- → NO2- (aq) + 2 OH- (aq) 3x REDOX 2 Al(s) + 3 NO3-(aq) + 3 H2O(l) → 2 Al3+ (aq) + 3 NO 2- (aq) + 6 OH- (aq)Chloorwater reageert met een kaliumfluoride-oplossing.De deeltjes die aanwezig zijn: Cl2 (g), H2O (l), K+ (aq), F- (aq)De sterkste reductor is: H2O (l)De sterkste oxidator is: Cl2 (g)In BINAS Tabel 48 is te zien dat de oxidator onder de reductor staat, waardoor deze redoxreactie niet zal plaatsvinden.Een oplossing van oxaalzuur reageert met een aangezuurde oplossing van kaliumpermanganaat.De deeltjes die aanwezig zijn: H+(aq), H2C2O4(aq), H2O(l), MnO4-(aq), K+(aq)De sterkste reductor is: H2C2O4 (aq)De sterkste oxidator is: MnO4- (aq)RED H2C2O4 (aq) → 2 CO2 (g) + 2 H+ (aq) + 2e- 5xOX MnO4- (aq) + 8H+ (aq) + 5e- → Mn2+ (aq) + 4 H2O (l) 2xREDOX 5 H2C2O4 (aq) + 2 MnO4- (aq) + 6 H+ (aq) → 10 CO2 (g) + 2 Mn2+ (aq) + 8 H2O (l) Magnesium en aluminium zijn sterkere reductoren dan ijzer, waardoor deze eerst zullen reageren tot respectievelijk magnesiumionen en aluminiumionen voordat het ijzer uit de palen van de boortoren zal reageren. Alle onderdelen uit een elektrochemische cel zijn in deze situatie terug te vinden:De zoutbrug is het zeewater.De negatieve elektrode is het opofferingsmateriaal.De positieve elektrode is het zeewater in combinatie met zuurstof uit de lucht.Het verplaatsen van elektronen (zoals dat bij een standaard elektrochemische cel gebeurt via de stroomdraad) vindt hier plaats via het zeewater. De negatieve elektrode is altijd de reductor en zal uit het offerblok dus eerst het metaal magnesium zijn, omdat dit van de aanwezige metalen (ijzer, magnesium en aluminium) de sterkste reductor is. De positieve elektrode is altijd de oxidator en is in dit geval de combinatie van het zeewater en zuurstof. RED Mg (s) → Mg2+ + 2e- 2xOX O2 (g) + 2 H2O (l) + 4e- → 4 OH- 1xREDOX 2 Mg (s) + O2 (g) + 2H2O (l) → 2 Mg2+ + 4 OH-Een nog beter materiaal zou een offerblok met barium zijn, omdat dit een nóg sterkere reductor is dan magnesium en aluminium.  Barium zal dus nog sneller reageren in een redoxreactie om het ijzer van de boortorens te beschermen.Let op: er zijn meerdere goede antwoorden mogelijk. De eis is dat er een sterkere reductor dan magnesium en aluminium wordt gekozen.  RED Zn (s) → Zn2+ + 2e-OX Cu2+ + 2e- → Cu (s)Elektrolyt.ΔU = Uox - Ured = 0,34 - -0,76 = 1,00 VTip: dit zou een metaal moeten zijn dat als oxidator optreedt en een hogere standaardelektrodepotentiaal heeft dan koper. Er zijn dus meerdere goede antwoorden mogelijk. Goud zou een goed metaal zijn om te vervangen door koper om de bronspanning te verhogen. Goud heeft namelijk een elektrodepotentiaal van 1,50, waardoor de bronspanning zou uitkomen op 2,26 V.Let op: als je een ander antwoord hebt ingevuld dan goud, let dan op dat het echt een metaal is én dat het standaardelektrodepotentiaal hoger is dan die van koper. Voorbeeld van een juist antwoord is:2 H2O + 2e- → H2 + 2 OH- 2x4 OH- → O2 + 2 H2O + 4e- 1x__________________________________________________2H2O → 2 H2 + O2Verwerk in je antwoord in ieder geval de volgende onderdelen:De vergelijkingen van de halfreacties in de juiste verhouding opgeteld.Gelijke formules en e- voor en na de pijl tegen elkaar weggestreept.Voorbeelden van een juiste berekening zijn:1,41 kg water is 1,41.103 / 18,0 = 7,833.101 mol.Er kan dus 7,833.101 x 2,02 = 1,58.102 g waterstof ontstaan.Verwerk in je antwoord in ieder geval de volgende onderdelen:Berekening van de chemische hoeveelheid water.Omrekening naar de massa waterstof in gram.De uitkomst is gegeven in drie significante cijfers.ofDe massaverhouding H2 : H2O = 2,02 / 18,0 = 1,122.10-1.Er is dus 1,122.10-1 x 1,41.103 = 1,58.102 g waterstof ontstaan.Verwerk in je antwoord in ieder geval de volgende onderdelen:Berekening van de massaverhouding van waterstof en water.Omrekening naar de massa waterstof in gram.De uitkomst is gegeven in drie significante cijfers.Een voorbeeld van een juist antwoord is: Voorbeelden van een juist antwoord zijn:In zowel april als juni is volgens figuur 2 de energieproductie groter dan de vraag naar duurzame energie, maar in juni is dit (energie)productieoverschot groter (dan in april). De battolyser zal dus in juni de meeste waterstof kunnen produceren.Het oppervlak tussen de lijn van de productie van energie en de lijn van de vraag naar energie (dit is het energie-productieoverschot) is het grootst in juni. De battolyser zal dus in juni meer waterstof produceren.Verwerk in je antwoord in ieder geval de volgende onderdelen:Inzicht dat de hoogte van de waterstofproductie samenhangt met het verschil tussen de productie en de vraag / met het oppervlak tussen de lijn van de productie en de lijn van de vraag.Consequente conclusieVoorbeelden van een juist antwoord zijn:Een grotere battolyser produceert meer waterstofgas, en dat is een explosief gas.Een grotere battolyser bevat meer kaliloog, en deze vloeistof is bijtend. Bij omzettingen van energie wordt een deel omgezet in warmte. In een grotere battolyser kan deze warmte (mogelijk) moeilijker weg, waardoor de battolyser oververhit zou kunnen raken.