background image

10/31/2012 

Reactions in Aqueous Solution 

Chapter 4 

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc.  Permission required for reproduction or display.

 

4.1 

solution is a homogenous mixture of 2 or more 
substances 

The solute is(are) the substance(s) present in the 
smaller amount(s) 

The solvent is the substance present in the larger 
amount 

Solution 

Solvent 

Solute 

Soft drink (l

Air (g

Soft Solder (s

H

2

N

2

 

Pb 

Sugar, CO

2

 

O

2

, Ar, CH

4

 

Sn 

An electrolyte is a substance that, when dissolved in 
water, results in a solution that can conduct electricity. 

nonelectrolyte is a substance that, when dissolved, 
results in a solution that does not conduct electricity. 

nonelectrolyte 

weak electrolyte 

strong electrolyte 

4.1 

Strong Electrolyte 

– 100% dissociation 

NaCl (s)            Na

+

 (aq) + Cl

-

 (aq

H

2

Weak Electrolyte 

– not completely dissociated 

CH

3

COOH          CH

3

COO

-

 (aq) + H

+

 (aq

Conduct electricity in solution? 

Cations (+)

 and Anions (-) 

4.1 

Ionization of acetic acid 

CH

3

COOH          CH

3

COO

-

 (aq) + H

+

 (aq

4.1 

reversible reaction. The reaction can 
occur in both directions. 

Acetic acid is a weak electrolyte because its 
ionization in water is incomplete. 

Hydration is the process in which an ion is surrounded 
by water molecules arranged in a specific manner. 

d

d

H

2

4.1 


background image

10/31/2012 

Nonelectrolyte does not conduct electricity? 

No

 cations (+)

 and anions (-) in solution 

4.1 

C

6

H

12

O

6

 (s)             C

6

H

12

O

6

 (aq

H

2

Precipitation Reactions 

Precipitate 

– insoluble solid that separates from solution 

molecular equation 

ionic equation 

net ionic equation 

Pb

2+

 + 2NO

3

-

 + 2Na

+

 + 2I

-

        PbI

2

 (s) + 2Na

+

 + 2NO

3

Na

+

 and NO

3

-

 are 

spectator

 ions 

PbI

2

 

Pb(NO

3

)

2

 

(aq)

 + 2NaI 

(aq)

         PbI

2

 

(s)

 + 2NaNO

3

 

(aq

precipitate 

Pb

2+

 + 2I

-

           PbI

2

 (s)

 

4.2 

Precipitation of Lead Iodide 

PbI

2

 

Pb

2+

 + 2I

-

           PbI

2

 (s)

 

4.2 

4.2 

Solubility is the maximum amount of solute that will dissolve 
in a given quantity of solvent at a specific temperature. 

Writing Net Ionic Equations 

1. Write the balanced molecular equation. 

2. Write the ionic equation showing the strong electrolytes 

completely dissociated into cations and anions. 

3. Cancel the spectator ions on both sides of the ionic equation 

4. Check that charges and number of atoms are balanced in the 

net ionic equation 

AgNO

3

 (aq) + NaCl (aq)          AgCl (s) + NaNO

3

 (aq

Ag

+

 + NO

3

-

 + Na

+

 + Cl

-

           AgCl (s) + Na

+ NO

3

-

  

Ag

+

 + Cl

-

           AgCl (s

4.2 

Write the net ionic equation for the reaction of silver  
nitrate with sodium chloride. 

Chemistry In Action: 

CO

2

 (aq)         CO

2

 (g

Ca

2+

 (aq) + 2HCO

3

 (aq)        CaCO

(s) + CO

2

 (aq) + H

2

O (l

An Undesirable Precipitation Reaction 

4.2 


background image

10/31/2012 

Acids 

Have a sour taste.  Vinegar owes its taste to acetic acid.  Citrus 
fruits contain citric acid. 

React with certain metals to produce hydrogen gas. 

React with carbonates and bicarbonates to produce carbon  
dioxide gas 

4.3 

Cause color changes in plant dyes. 

2HCl (aq) + Mg (s)          MgCl

2

 (aq) + H

2

 (g

2HCl (aq) + CaCO

3

 (s)          CaCl

2

 (aq) + CO

2

 (g) + H

2

O (l

Aqueous acid solutions conduct electricity. 

Have a bitter taste. 

Feel slippery.  Many soaps contain bases. 

Bases 

4.3 

Cause color changes in plant dyes. 

Aqueous base solutions conduct electricity. 

Arrhenius acid is a substance that produces H

(H

3

O

+

) in water 

Arrhenius base is a substance that produces OH

in water 

4.3 

Hydronium ion, hydrated proton, H

3

O

+

 

4.3 

Brønsted 

acid

 is a proton donor 

Brønsted 

base

 is a proton acceptor 

acid 

base 

acid 

base 

4.3 

A Brønsted 

acid

 must contain at least one  

ionizable proton! 

Monoprotic acids 

HCl          H

+

 + Cl

-

 

HNO

3

          H

+

 + NO

3

-

 

CH

3

COOH          H

+

 + CH

3

COO

-

 

Strong electrolyte, strong acid 

Strong electrolyte, strong acid 

Weak electrolyte, weak acid 

Diprotic acids 

H

2

SO

4

          H

+

 + HSO

4

-

 

HSO

4

-

          H

+

 + SO

4

2-

 

Strong electrolyte, strong acid 

Weak electrolyte, weak acid 

Triprotic acids 

H

3

PO

4

          H

+

 + H

2

PO

4

-

 

H

2

PO

4

-

          H

+

 + HPO

4

2-

 

HPO

4

2-

          H

+

 + PO

4

3-

 

Weak electrolyte, weak acid 

Weak electrolyte, weak acid 

Weak electrolyte, weak acid 

4.3 


background image

10/31/2012 

Identify each of the following species as a Brønsted acid, 
base, or both. (a) HI, (b) CH

3

COO

-

, (c) H

2

PO

4

-

 

HI (aq)           H

+

 (aq) + I

-

 (aq

Brønsted acid 

CH

3

COO

-

 (aq) + H

+

 (aq)         CH

3

COOH (aq

Brønsted base 

H

2

PO

4

-

 (aq)        H

+

 (aq) + HPO

4

2-

 (aq

H

2

PO

4

-

 (aq) + H

+

 (aq)       H

3

PO

4

 (aq

Brønsted acid 

Brønsted base 

4.3 

Neutralization Reaction 

acid

 + 

base

          salt + water 

HCl

 (aq) + 

NaOH

 (aq)          NaCl (aq) + H

2

H

+

 + Cl

-

 + Na

+

 + 

OH

-

          Na

+

 + Cl

-

 + H

2

H

+

 + 

OH

-

          H

2

4.3 

Oxidation-Reduction Reactions 

(electron transfer reactions) 

2Mg          2Mg

2+

 + 4e

-

 

O

2

 + 4e

-

          2O

2-

 

Oxidation half-reaction (lose e

-

Reduction half-reaction (gain e

-

2Mg + O

2

 + 4e

-

          2Mg

2+

 + 2O

2-

 + 4e

-

 

2Mg + O

2

           2MgO  

4.4 

4.4 

Zn (s) + CuSO

4

 (aq)          ZnSO

(aq) + Cu (s

Zn 

is oxidized 

Zn          Zn

2+

 + 2e

-

 

Cu

2+

 

is reduced 

Cu

2+

 + 2e

-

          Cu 

Zn

 is the reducing agent 

Cu

2+

 is the oxidizing agent 

4.4 

Copper wire reacts with silver nitrate to form silver metal. 
What is the oxidizing agent in the reaction? 

Cu (s) + 2AgNO

3

 (aq)          Cu(NO

3

)

(aq) + 2Ag (s

Cu          Cu

2+

 + 2e

-

 

Ag

+

 + 1e

-

          Ag  Ag

+

 

is reduced 

Ag

+

 is the oxidizing agent 

Oxidation number 

The charge the atom would have in a molecule (or an 
ionic compound) if electrons were completely transferred. 

1. Free elements (uncombined state) have an oxidation 

number of zero. 

Na, Be, K, Pb, H

2

, O

2

, P

4

  = 

2. In monatomic ions, the oxidation number is equal to 

the charge on the ion. 

Li

+

, Li = 

+1

; Fe

3+

, Fe = 

+3

;  O

2-

, O = 

-2 

3. The oxidation number of oxygen is usually 

–2

.  In H

2

O

and O

2

2-

 it is  

–1

.  

4.4 


background image

10/31/2012 

4. The oxidation number of hydrogen is 

+1

 except when 

it is bonded to metals in binary compounds.  In these 
cases, its oxidation number is 

–1

6.  The sum of the oxidation numbers of all the atoms in a 

molecule or ion is equal to the charge on the 
molecule or ion. 

5. Group IA metals are 

+1

, IIA metals are 

+2

 and fluorine is 

always 

–1

HCO

3

-

 

O = 

-2 

H = 

+1 

3x(

-2)

 + 

1

 + 

?

 = -1 

C = 

+4 

Oxidation numbers of all 
the elements in HCO

3

-

 ? 

4.4 

7.  Oxidation numbers do not have to be integers. 

Oxidation number of oxygen in the superoxide ion, 
O

2

-

, is 

The oxidation numbers of elements in their compounds 

4.4 

NaIO

3

 

Na = 

+1 

O = 

-2 

3x(

-2

) + 

1

 + 

?

 = 0 

I = 

+5 

IF

7

 

F = 

-1 

7x(

-1

) + 

?

 = 0 

I = 

+7 

K

2

Cr

2

O

7

 

O = 

-2 

K = 

+1 

7x(

-2

) + 2x(

+1

) + 2x(

?)

 = 0 

Cr = 

+6 

Oxidation numbers of all 
the elements in the 
following ? 

4.4 

Types of Oxidation-Reduction Reactions 

Combination Reaction 

A + B          C 

2Al + 3Br

2

          2AlBr

3

 

Decomposition Reaction 

2KClO

3

          2KCl + 3O

2

 

C          A + B 

+3  -1 

+1 +5  -2 

+1 -1 

4.4 

Types of Oxidation-Reduction Reactions 

Combustion Reaction 

A + O

2

          B 

S + O

2

          SO

2

 

+4  -2 

4.4 

2Mg + O

2

          2MgO 

+2  -2 

Displacement Reaction 

A + BC          AC + B 

Sr + 2H

2

O          Sr(OH)

2

 + H

2

 

TiCl

4

 + 2Mg          Ti + 2MgCl

2

 

Cl

2

 + 2KBr          2KCl + Br

2

 

Hydrogen Displacement 

Metal Displacement 

Halogen Displacement 

Types of Oxidation-Reduction Reactions 

4.4 

+1 

+2 

+4 

+2 

-1 

-1 


background image

10/31/2012 

The Activity Series for Metals 

M + BC          AC + B 

Hydrogen Displacement Reaction 

M is metal 

BC is acid or H

2

B is H

2

 

Ca + 2H

2

O          Ca(OH)

2

 + H

2

 

Pb + 2H

2

O          Pb(OH)

2

 + H

2

 

4.4 

The Activity Series for Halogens 

Halogen Displacement Reaction 

4.4 

Cl

2

 + 2KBr          2KCl + Br

2

 

-1 

-1 

F

2

 > Cl

2

 > Br

2

 > I

2

 

I

2

 + 2KBr          2KI + Br

2

 

Disproportionation Reaction 

Cl

2

 + 2OH

-

          ClO

-

 + Cl

+ H

2

Element is simultaneously oxidized and reduced. 

Types of Oxidation-Reduction Reactions 

Chlorine Chemistry 

+1 

-1 

4.4 

Ca

2+

 + CO

3

2-

          CaCO

3

 

NH

3

 + H

+

          NH

4

+

 

Zn + 2HCl          ZnCl

2

 + H

2

 

Ca + F

2

          CaF

2

 

Precipitation 

Acid-Base 

Redox (H

2

 Displacement) 

Redox (Combination) 

Classify the following reactions. 

4.4 

Chemistry in Action: Breath Analyzer 

4.4 

3CH

3

COOH + 

2Cr

2

(SO

4

)

3

 + 2K

2

SO

4

 + 11H

2

3CH

3

CH

2

OH + 

2K

2

Cr

2

O

7

 + 8H

2

SO

4

  

+6 

+3 

Solution Stoichiometry 

The concentration of a solution is the amount of solute 
present in a given quantity of solvent or solution. 

= molarity = 

moles of solute 

liters of solution 

What mass of KI is required to make 500. mL of 
a 2.80 M KI solution? 

volume of KI solution 

moles KI 

grams KI 

M KI 

M KI 

500. mL 

= 232 g KI 

166 g KI 

1 mol KI 

2.80 mol KI 

1 L soln 

1 L 

1000 mL 

4.5 


background image

10/31/2012 

4.5 

Dilution is the procedure for preparing a less concentrated 
solution from a more concentrated solution. 

Dilution 

Add Solvent 

Moles of solute 

before dilution (i) 

Moles of solute 
after dilution (f) 

M

i

V

i

 

M

f

V

f

 

4.5 

How would you prepare 60.0 mL of 0.200 
HNO

3

 from a stock solution of 4.00 M HNO

3

M

i

V

i

 = M

f

V

f

 

M

i

 = 4.00 

M

f

 = 0.200 

V

f

 = 0.06 L 

V

i

 = ? L 

4.5 

V

i

 = 

M

f

V

f

 

M

i

 

0.200 x 0.06 

4.00 

= 0.003 L = 3 mL 

3 mL of acid + 57 mL of water  = 60 mL of solution 

Gravimetric Analysis 

4.6 

1. Dissolve unknown substance in water 

2. React unknown with known substance to form a precipitate 

3. Filter and dry precipitate 

4. Weigh precipitate 

5. Use chemical formula and mass of precipitate to determine 

amount of unknown ion 

Titrations 

In a titration a solution of accurately known concentration is 
added gradually added to another solution of unknown 
concentration until the chemical reaction between the two 
solutions is complete. 

Equivalence point 

– the point at which the reaction is complete 

Indicator 

– substance that changes color at (or near) the 

                   equivalence point  

Slowly add base 
to unknown acid 

UNTIL 

the indicator 

changes color 

4.7 

What volume of a 1.420 M NaOH solution is 
Required to titrate 25.00 mL of a 4.50 M H

2

SO

4

  

solution? 

4.7 

WRITE THE CHEMICAL EQUATION! 

volume acid 

moles acid 

moles base 

volume base 

H

2

SO

4

 + 2NaOH          2H

2

O + Na

2

SO

4

 

4.50 mol H

2

SO

4

 

1000 mL soln 

2 mol NaOH 

1 mol H

2

SO

4

 

1000 ml soln 

1.420 mol NaOH 

25.00 mL 

= 158 mL 

acid 

rx 

coef. 

base 


background image

10/31/2012 

Chemistry in Action: Metals from the Sea 

CaCO

3

 (s)         CaO (s) + CO

2

 (g

Mg(OH)

2

 (s) + 2HCl (aq)        MgCl

2

 (aq) + 2H

2

O (l

CaO (s) + H

2

O (l)        Ca

2+

 (aq) + 2OH  (aq

Mg

2+

 (aq) + 2OH  (aq)        Mg(OH)

2

 (s

Mg

2+

 + 2e

-

        Mg 

2Cl

-

        Cl

2

 + 2e

-

 

MgCl

2

 

(aq)

        Mg 

(s)

 + Cl

2

 

(g




رفعت المحاضرة من قبل: abdalla Alhamdany
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 84 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل