Oxidation)&Reduction)(Redox)Notes) - Amazon S3&Reduction)(Redox)Notes)! Chemical)Activity)...

16
Oxidation & Reduction (Redox) Notes Chemical Activity (or Chemical Reactivity) is the measure of the reactivity of elements. If an element has high activity, then it means that the element is willing to give up its electrons & react. If an element has low activity, then the element wants to hold onto its electrons and not react. (See Table J)

Transcript of Oxidation)&Reduction)(Redox)Notes) - Amazon S3&Reduction)(Redox)Notes)! Chemical)Activity)...

Oxidation  &  Reduction  (Redox)  Notes      Chemical  Activity  (or  Chemical  Reactivity)  is  the  measure  of  the  reactivity  of  elements.    If  an  element  has  high  activity,  then  it  means  that  the  element  is  willing  to  give  up  its  electrons  &  react.    If  an  element  has  low  activity,  then  the  element  wants  to  hold  onto  its  electrons  and  not  react.    (See  Table  J)    

     

 Practice  Problems    Predicting  Single  Replacement  Reactions      a)   AgNO3  +  Ni      à    b)   NaBr  +  I2      à    c)   Magnesium  metal  reacts  with  an  aqueous  solution  of  

zinc  nitrate.    d)   Solid  zinc  is  combined  with  a  solution  of  lithium  

nitrate.    e)   Sodium  metal  is  dropped  into  water.    f)   Aluminum  metal  is  combined  with  aqueous  iron  (III)  

bromide.        

Redox    Determining  Oxidation  Numbers    1.   Every  uncombined  element  has  an  oxidation  number  

of  zero.    e.g.  Cl2  à  0;    or      Na  à  0  2.   Monotomic  ions  have  an  oxidation  number  equal  to  

their  charge.    e.g.  F-­‐  à  -­‐1;  or      Fe3+    à  +3  3.   When  combined,  metals  of  Group  1  always  have  an  

oxidation  number  of  +1  and  metals  of  Group  2  always  have  an  oxidation  number  of  +2.  

4.   Fluorine  always  has  an  oxidation  number  of  -­‐1  in  compounds.  

5.   Hydrogen  is  +1  in  compounds,  unless  it  is  bonded  to  a  metal,  when  it  is  -­‐1.  

6.   Oxygen  is  usually  -­‐2  in  compounds.    There  are  two  exceptions:    a)    When  oxygen  is  in  a  compound  that  contains  F,  then  its  oxidation  number  is  +2.    b)    When  oxygen  in  a  peroxide.  

7.   The  sum  of  the  oxidation  numbers  in  all  compounds  (which  are  always  neutral)  must  be  zero.  

8.   The  sum  of  the  oxidation  numbers  in  a  polyatomic  ion  must  be  equal  to  the  charge  of  the  ion.  

   

Redox    Practice  Problems    Determine  the  oxidation  number  for  the  given  elements:    1.  N  in  N2O3        2.  S  in  H2SO4          3.  C        4.  C  in  CO        5.  Na  in  NaCl          6.  H  in  H2O        7.  Ba  in  BaCl2        8.  N  in  NO2-­‐        9.  S  in  Al2S3        10.  S  in  HSO4-­‐    

11.  Cl  in  Fe(ClO2)3          12.  Fe  in  Fe(ClO2)3            13.  N  in  NO3-­‐          14.  Cu2+          15.  C  in  CH4          16.  Mn  in  MnO2        17.  S  in  SO32-­‐        18.    Mn  in  KMnO4          19.  I  in  Mg(IO3)2        20.    C  in  C2O42-­‐    

     

Redox    Oxidation:    when  an  element  loses  electrons    Reduction:    when  an  element  gains  electrons    LEO  the  lions  says  GER  

   (Unbalanced  Redox  Reaction)    Zn  +  HCl    à    ZnCl2  +  H2    Which  element  lost  electrons?    Which  element  gained  electrons?      

Redox      The  reactant  that  loses  electrons  oxidizes    The  reactant  that  gains  electrons  reduces          *****Confusing  Part:    The  reactant  that  undergoes  reduction  is  called  the  

reducing  agent    The  reactant  that  undergoes  oxidation  is  called  the  

oxidizing  agent        

Half-­‐Reactions:    Unbalanced  chemical  reaction:    Zn     +        HCl                  à      ZnCl2      +     H2  0       +1/-­‐1         +2/-­‐1       0    Oxidation  1/2  Reaction:    Zinc  oxidizes  (loses  electrons):    Oxid.  #  0  à  +2    Zn  à    Zn2+    +    2e-­‐    Note:   2e-­‐  must  be  added  to  the  right  side  in  order  to  

balance  mass  and  charge!      Reduction  1/2  Reaction:    Hydrogen  reduces  (gains  electrons:    Oxid.  #  +1  à  0    2H+    +    2e-­‐    à    H2    ****Redox  Reactions  must  be  balanced  by  MASS  AND  

CHARGE!!!!      

Write  the  oxidation  and  reduction  1/2  reactions  for  each  redox   reaction,   then   balance   the   overall   reaction.   The  first   one   is   done   for   you.     Remember   that   you   must  balance  both  mass  and  charge!      23.     Fe3+   +   Co     ⇄     Co2+   +   Fe    Oxidation:     3*(Co   →   Co2+   +   2e-­‐)  Reduction:     2*(Fe3+  +   3e-­‐  →   Fe)    

2  Fe3+   +   3  Co     ⇄     3  Co2+   +   2  Fe        24.     Ag+  +   Ni     ⇄     Ni3+   +   Ag    Oxidation:  Reduction:      25.     Cu1+   +     Pb     ⇄     Pb2+   +   Cu    Oxidation:  Reduction:    

 26.     O2     +      Sn  ⇄     O2-­‐   +    Sn4+    Oxidation:  Reduction:      27.     Co3+   +    F-­‐     ⇄     Co   +   F2    Oxidation:  Reduction:      

Redox    How  can  we  utilize  half-­‐reactions?      Electrochemical  Cells  -­‐  A  cell  that  involves  chemical  reactions  and  electron  flow.    There  are  two  types  of  electrochemical  cells:    i)   Voltaic  Cell  (or  Galvanic  Cell)  –  an  electrochemical  cell  that  spontaneously  produces  electron  flow.    An  example  is  a  battery.    ii)   Electrolytic  –  an  electrochemical  cell  that  requires  an  electric  current  to  force  a  nonspontaneous  chemical  reaction.    An  example  is  a  battery  that  is  charging.      

Voltaic  Cells    

   Zn  (s)  +  Cu2+  (aq)    à    Zn2+  (aq)    +    Cu  (s)    Oxidation  half-­‐reaction:  Zn  (s)    à    Zn2+  (aq)    +    2e-­‐    Reduction  half-­‐reaction:  Cu2+  (aq)    +    2e-­‐    à    Cu  (s)    The  zinc  electrode  (solid  Zn)  releases  electrons  to  the  aqueous  copper  ions  (Cu2+).    Therefore,  electricity  moves  from  the  zinc  to  the  copper.      

The  salt  bridge:  -­‐NO  ELECTRONS  FLOW  THROUGH  THE  SALT  BRIDGE.  -­‐“Completes  the  circuit”.  -­‐Releases  ions  into  the  half-­‐cells  in  order  to  neutralize  the  solutions.  -­‐Anions  (negative  ions)  move  towards  the  Anode.  -­‐Cations  (positive  ions)  move  towards  the  Cathode.      ****  REMEMBER****    Electrons  always  flow  from  A  to  C  (Anode  to  Cathode).    Anode:    

-­‐AN  OX      ANode  OXidation    

-­‐Always  the      MOST  ACTIVE  metal    

-­‐Negative      (produces  electrons)    

-­‐LOSES  MASS      as  electrons  flow      (s)  à  (aq)  

Cathode:    

-­‐RED  CAT  REDuction  CAThode    

-­‐Always  the      LEAST  ACTIVE  metal    

-­‐Positive      (attracts  electrons)    

-­‐GAINS  MASS      as  electrons  flow      (aq)  à  (s)  

   

Consider  a  voltaic  cell  involving  zinc  and  aluminum.  a.  Sketch  the  cell.  b.  Identify  the  anode  and  the  cathode.  c.  Write  the  balanced  overall  reaction.  d.  Which  electrode  will  lose  mass?  e.  In  the  wire,  which  way  do  the  electrons  flow?  toward  Zn  or  Al?  f.  Which  way  do  the  cations  from  the  salt  bridge  move?  toward  Zn  or  Al?            Consider  a  voltaic  cell  involving  magnesium  and  silver.  a.  Sketch  the  cell.  b.  Identify  the  anode  and  the  cathode.  c.  Write  the  balanced  overall  reaction.  d.  Which  electrode  will  lose  mass?  e.  In  the  wire,  which  way  do  the  electrons  flow?  toward  Mg  or  Ag?  f.  Which  way  do  the  cations  from  the  salt  bridge  move?  toward  Mg  or  Ag?      

Electrolytic  Cells  –  electrochemical  cells  that  need  an  external  power  source  in  order  to  drive  a  chemical  reaction.    Electroplating    

   An  external  power  supply  must  be  used  to  force  the  chemical  reaction.    

Now  the  Anode  is  the  LEAST  ACTIVE  and  the  Cathode  is  the  MOST  ACTIVE  (but  the  Anode  is  +  and  Cathode  is  -­‐).    

“AN  OX”  &  “RED  CAT”  still  apply.    

Electrons  still  flow  from  A  to  C  (Anode  to  Cathode).