1. No category

KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.1/14
1.
 VI – II
 I – II
 I  VI – II
SO 3 (g )  H 2 O(l)  H 2 SO 4 (aq)
0
 I – II
 II
0
 I – II
Mg (s)  2 H 3 O  (aq)  Mg 2 (aq)  H 2 (g )  2 H 2 O(l)
 IV – II
0
 VI – II
2 SO 2 (g )  O 2 (g )  2 SO 3 (g )
Ensimmäinen reaktioista ei ole hapetus-pelkistysreaktio.
KE 4. Metallit ja materiaalit
s.2/14
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
KE 4. Metallit ja materiaalit
s.3/14
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
KE 4. Metallit ja materiaalit
s.4/14
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.5/14
3.
a)
Tina syöpyy rikkihappoliuokseen, koska tina hapettuu samalla, kun rikkihaposta pelkistyy
vetykaasua. Tämän kokonaisreaktion potentiaali on positiivinen
Sn(s)  Sn2+(aq) + 2 e
2 H+(aq) + 2 e  H2(g)
Sn(s) + 2 H+(aq)  Sn2+(aq) + H2(g)
Eh = +0,14 V
Ep = 0,00 V
E = +0,14 V > 0
(Huomaa, että rikkihapon sulfaatti-ionien hapettumispotentiaalin arvo on vain 2,01 V, joten
sulfaatti-ionit eivät osallistu reaktioon.)
Platina sen sijaan ei liukene rikkihappoon eli platina ei hapetu, sillä kokonaisreaktion
potentiaali on negatiivinen.
Pt(s)  Pt2+(aq) + 2 e
Eh = 1,19 V

+
2 H (aq) + 2 e  H2(g)
Ep = 0,00 V
Ei reaktiota
E = 1,19 V
b)
Reaktiossa sinkki epäjalompana metallina hapettuu ja liuoksen kupari(II)-ionit
pelkistyvät. Kokonaisreaktion potentiaali on positiivinen.
Zn(s)  Zn2+(aq) + 2 e
Cu2+(aq) + 2 e  Cu(s)
Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s)
c)
Eh = +0,76 V
Ep = +0,34 V
E = +1,10 V > 0
Hopea ei liukene suolahappoon eli se ei vapauta vetykaasua suolahaposta, sillä tämän
kokonaisreaktion potentiaali on negatiivinen.
Ag(s)  Ag+(aq) + e
2 H+(aq) + 2 e  H2(g)
Ei reaktiota
Eh = 0,80 V
Ep = 0,00 V
E = 0,80 V < 0
Typpihapon kanssa hopea sen sijaan reagoi seuraavien reaktioyhtälöiden mukaisesti (sen
perusteella, onko typpihappo väkevä vai laimea):
4.
a)
Ag(s)  Ag+(aq) + e
NO3(aq) + 2 H+(aq) + e  NO2(g) + H2O(l)
Ag(s) + NO3(aq) + 2 H+(aq)  Ag+(aq) + NO2(g) + H2O(l)
Eh = 0,80 V
Ep = +0,80 V
E = +0,00 V
3 Ag(s)  3 Ag+(aq) + 3 e
NO3(aq) + 4 H+(aq) + 3 e  NO(g) + 2 H2O(l)
3 Ag(s) + NO3(aq) + 4 H+(aq)  3 Ag+(aq) + NO(g) + 2 H2O(l)
Eh = 0,80 V
Ep = +0,96 V
E = +0,16 V
Eri alkuaineiden hapetusluvut ovat
+I I
+IV II
+II I
+I II
0
HCl(aq) + MnO2(s)  MnCl2(aq) + H2O(l) + Cl2(aq)
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.6/14
hapetusluku
lähtöaineessa
Mn
Cl
+IV
I
-I
II
+I
O
H
hapetusluku
lopputuotteessa
tapahtuva
muutos määrä
+II
0
I
II
+I
pelkistyy
hapettuu
ei muutosta
ei muutosta
ei muutosta
siirtyvien elektronien
atomia kohti
2
1
0
0
0
Reaktiossa mangaani(IV)-ioni pelkistyy mangaani(II)-ioniksi vastaanottamalla kaksi elektronia.
Reaktiossa kaksi kloridi-ionia hapettuu muodostaen kloorikaasua. Elektronien tasapainotusta
varten laitetaan vetykloridin eteen kerroin 2. Reaktioyhtälön kertoimet ovat tässä vaiheessa:
2 HCl(aq) + MnO2(s)  MnCl2(aq) + H2O(l) + Cl2(aq)
Tasapainotetaan vielä muut atomit (kloori, vety ja happi). Huom! Kaikki Cl - ei siis hapetu.
( 4 Cl - → Cl 2 + 2 e- + 2 Cl - )
4 HCl(aq) + MnO2(s)  MnCl2(aq) + 2 H2O(l) + Cl2(aq)
b)
Hapetusluvut ovat
+I II
0
I
0
+I
H2S(g) + I2(aq)  S(s) + I (aq) + H+(aq)

hapetusluku
lähtöaineessa
hapetusluku
lopputuotteessa
tapahtuva
muutos
siirtyvien elektronien
määrä atomia kohti
S
II
0
hapettuu
2
I
0
I
pelkistyy
1
H
+I
+I
ei muutosta
0
Luovutettujen ja vastaanotettujen elektronien lukumäärä saadaan samaksi, kun laitetaan
jodidi-ionien eteen kerroin kaksi. Tällöin jodimolekyylin molemmat atomit ovat pelkistyneet eli
vastaanottaneet yhteensä kaksi elektronia, jotka ovat vapautuneet rikkiatomin hapettuessa.
H2S(g) + I2(aq)  S(s) + 2 I(aq) + H+(aq)
Tasapainotetaan vielä vetyatomit:
H2S(g) + I2(aq)  S(s) + 2 I(aq) + 2 H+(aq)
Lasketaan lopuksi varaukset:
Lähtöaineet: 0
Reaktiotuotteet: 2  (1) + 2  1 = 0
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.7/14
5.
a)
Positiivinen elektrodi on jalompi metalli eli hopea.
b)
Elektronit liikkuvat negatiiviselta elektrodilta positiiviselle eli kuparielektrodilta
hopeaelektrodille.
c)
Kennon lähdejännite lasketaan normaalipotentiaalien avulla
 (hapettuminen)
+ (pelkistyminen)
Cu(s)  Cu2+(aq) + 2 e
2 Ag+(aq) + 2 e  2 Ag(s)
Cu(s) + 2 Ag+(aq)  Cu2+(aq) + 2 Ag(s)
Eh = 0,34 V
Ep = +0,80 V
E = +0,46 V
d)
6.
a)
 Elektrolyysi on sähkövirran aikaansaama aineen hajoaminen hapetus-pelkistysreaktion kautta.
Reaktio tapahtuu elektrolyysiliuoksessa, jossa sähköä kuljettavat ionit.
 Negatiivisesti varatut ionit, anionit, vaeltavat positiivisesti varatulle elektrodille, anodille,
luovuttavat siellä elektroninsa ja hapettuvat.
 Positiivisesti varatut ionit, kationit, vaeltavat negatiivisesti varatulle elektrodille, katodille, jolta
ne saavat elektroneja ja pelkistyvät.
 Suolojen sulatteita elektrolysoitaessa suolan negatiiviset ionit siis hapettuvat ja positiiviset ionit
pelkistyvät alkuaineiksi.
 Laimeissa suolojen vesiliuoksissa tapahtuu tavallisesti veden elektrolyyttinen hajoaminen
hapeksi ja vedyksi, jos liuoksessa on muuten vaikeasti pelkistyvä tai hapettuvia ioneja:
2 H2O(l)  2 H2(g) + O2(g)
 Joskus suolaliuoksen ionien konsentraatio (lähinnä väkevässä kloridi-ioniliuoksessa) voi
vaikuttaa siihen, mitä aineita muodostuu. Esimerkiksi väkevän natriumkloridiliuoksen
elektrolyysissä anodilla muodostuu hapen ohella klooria.
 Elektrodimateriaali valitaan yleensä siten, että se ei osallistu hapettumispelkistymistapahtumaan (passiiviset elekrodit).
 Ainoastaan metallien puhdistuksessa ja pinnoituksessa elektrodimateriaali myös hapettuu
(aktiiviset elektrodit).
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.8/14
b)
Elektrodireaktiot ovat
anodi: 2 Cl(l)  Cl2(g) + 2 e
katodi: Mg2+(l) + 2 e  Mg(l)
Elektrodit on valmistettava passiivisesta materiaalista, joka kestää kuumuutta, eikä se itse
osallistu hapettumis-pelkistymistapahtumaan.
Esimerkiksi grafiitti tai platina ovat tällaisia materiaaleja.
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.9/14
8.
• Orgaaninen kemia on kokonaisuudessaan hiilen ja sen kemiallisten yhdisteiden kemiaa. Tärkein
ominaisuus: hiiliatomit liittyvät ketjuiksi ja ketjut voivat haarautua, verkottua ja muodostaa
rengasrakenteita.
• Hiilellä on kolme allotrooppista muotoa: grafiitti, timantti ja fullereeni.
• Tavallisimmat oksidit: hiilimonoksidi eli häkä CO ja hiilidioksidi CO2.
• Hiilen tunnetuin happo on hiilihappo H2CO3.
• Hiilen tunnetuin karbonaatti on kalsiumkarbonaatti CaCO3. Se on pääaineena koulussa
käytetyssä taululiidussa ja rakentamisessa käytetyssä marmorissa.
◦ Muita tuotteita, jotka voidaan hyväksyä esimerkkeinä kalsiumkarbonaatin käytöstä: mm.
kananmunan ja simpukan kuoret, veistokset, patsaat, pylväät ja muut vastaavat kalkkikiven
käyttökohteet.
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.10/14
9.
m(Na) = 0,26 g
M(Na) = 22,99 g/mol
V(H2O) = 1,0 l
m(H2O) = 1 000 g
M(H2O) = 18,016 g/mol
c(NaOH) = ?
Reaktioyhtälö on
2 Na(s) + 2 H2O(l)  2 NaOH(aq) + H2(g)
Natriumin ainemäärä on
m(Na)
M (Na)
0,26 g

22,99 g/mol
n(Na) 
 0,01131 mol
Reagoivan veden ainemäärä on
n (H 2 O) 

m(H 2O)
M (H 2 O)
1 000 g
18,016 g/mol
 55,51 mol
Reaktioyhtälön kertoimien mukaan
n( Na )
1
 .
n ( H 2 O) 1
Käytettävissä olevien ainemäärien suhde on
n( Na ) 0,01131 mol
=
n( H 2 O ) 55,51 mol
Koska reaktioyhtälössä kummatkin aineet "kuluvat" samassa suhteessa ja natriumia on vähemmän,
niin nähdään suoraan että natrium loppuu ensin,
joten vettä on reaktiossa ylimäärin, ja natrium on reaktion rajoittava tekijä.
n(NaOH) = n(Na) = 0,01131 mol
Natriumhydroksidiliuoksen konsentraatio on
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.11/14
n(NaOH)
V
0,01131 mol

1,0 l
c (NaOH) 
 0,01131 mol/l
 0,011 mol/l
10.
a) Fosfaattiosa, sokeriosa ja emäs.
b) Dipeptidisidos muodostuu esimerkiksi kahden alaniinin reagoidessa. Tuotteena muodostuu
2-[(2-aminopropanoyyli)amino]propanonihappoa ja vettä. Dipeptidi on siis kahde rakenneosan
liitos. Tripeptidi kolmen, jne.
H
O
H3C
CH
CH3
N
C
OH
+
C
H
H
C
H3C
O
11.
a) PE eli polyeteeni muodostuu additioreaktiolla eteeniyksiköistä:
H
H H
C
H
C
+
H H
H
C
C
H
Oppikirjan mukainen rakennekaavio
H
C
N
NH2
HO
NH2
CH
O
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
CH3
C
H
C
HO
O
+
H2O
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.12/14
b) PVC eli polyvinyylikloridi muodostuu additioreaktiolla kloorieteeniyksiköistä:
H
Cl H
C
H
C
+
Cl
C
C
H H
H
H
Cl
H
Cl
C
C
C
C
H
H
H
H
Oppikirjan mukainen rakennekaavio
c) teryleeni muodostuu glykolin eli (1,2) –etaanidiolin ja tereftaalihapon kondensaatioreaktiolla:
OH OH
H
C
H
C
H
H
+
O
O
C
HO
C
O
OH
H
H
C
C
H
H
O
O
C
O
C
+ H2O
Oppikirjan mukainen rakennekaavio
Huom! Teryleeni on kaupallinen nimitys polyetyleenitereftalaatista (kuten myös dacron ja mylar)
12.
- Synteettisellä muovilla tarkoitetaan tavallisesti valmista tuotetta, joka rakentuu polymeeristä,
lisä- ja apuaineista.
- Muovit nimetään sen mukaan, mikä tai mitkä polymeerit ovat sen rakennusaineena. Muovien
nimestä käytetään yleensä lyhennettä.
- Muovit jaotellaan kesto- ja kertamuoveihin. Kestomuoveja voidaan muovata lämmön avulla
useita kertoja, kertomuoveja ei.
- Muovien perusaineena oleva polymeeri valmistetaan monomeereistä polymeraatioreaktiolla,
joka tapahtuu tavallisesti joko liittymis- tai kondensaatioreaktiona
- Liittymisreaktion edellytyksenä monomeerin kaksoissidokset.
- Liittymisreaktioiden mekanismi on tavallisesti radikaalimekanismi tai katalysoitu
koordinaatiomekanismi.
- Kondensaatioreaktion edellytyksenä on kaksi erilaista monomeeriä, joilla on eri toiminnallinen
ryhmä tai kaksi samaan monomeeriä, joissa on vähintään kaksi toiminnallista ryhmää.
KE 4. Metallit ja materiaalit
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015
s.13/14
13.
a)
b) kondensaatioreaktio – molekyylit liittyvät ja vesi lohkeaa välistä.
c) hydrolyysireaktio - Hydrolyysi on kemiallinen reaktio, jossa yhdiste hajoaa vettä lisättäessä takaisin
lähtöaineikseen. (Tämä on aiemmin opittua)
14.
a) Kondensaatioreaktion edellytyksenä on kaksi erilaista monomeeriä, joilla on eri toiminnallinen
ryhmä tai kaksi samaan monomeeriä, joissa on vähintään kaksi toiminnallista ryhmää.
Esimerkiksi polyesterien muodostumisreaktioon sopivia lähtöaineita ovat dikarboksyylihappo ja
kaksiarvoinen alkoholi. Polyamidien muodostumisreaktioon puolestaan tarvitaan
dikarboksyylihappo ja diamiini. Joissain tapauksissa kondensoituvat funktionaaliset ryhmät
voivat olla myös samassa molekyylissä. Tällaisia aineita ovat esimerkiksi aminohapot ja
hydroksihapot.
b)
polyesteri
KE 4. Metallit ja materiaalit
s.14/14
15.
16.
Kertaustehtävien ratkaisut 30.9.2015