Reacciones redox María José París González Máster en formación del profesorado en Física y Química Metodología experimental y aprendizaje de la Física y la Química

ÍNDICE SITUACIÓN CONTENIDO 2.1. Reacciones redox 2.2. Ajuste de reacciones redox 2.3. Introducción a la celda electroquímica RESUMEN. MAPA CONCEPTUAL BIBLIOGRAFÍA

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Situación BLOQUE 7. Introducción a la electroquimica Nivel: 2ºBachilletaro Según LOE CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN - Reacciones de oxidacion-reduccion. Especies oxidantes y reductoras. Número de oxidacion. – Concepto de potencial de reduccion estandar. Escala de oxidantes y reductores. – Valoraciones redox. Tratamiento experimental. – Aplicaciones y repercusiones de las reacciones de oxidacion reduccion: pilas y baterias electricas. – La electrolisis: importancia industrial y economica. La corrosion de metales y su prevencion. Residuos y reciclaje. Ajustar reacciones de oxidacion-reduccion y aplicarlas a problemas estequiometricos. Saber el significado de potencial estandar de reduccion de un par redox, predecir, de forma cualitativa, el posible proceso entre dos pares redox y conocer algunas de sus aplicaciones como la prevencion de la corrosion, la fabricacion de pilas y la electrolisis. Se trata de saber si, a partir del concepto de numero de oxidacion, se reconocen este tipo de reacciones y se ajustan y aplican a la resolucion de problemas estequiometricos. Tambien si se predice, a traves de las tablas de los potenciales estandar de reduccion de un par redox, la posible evolucion de estos procesos y si se conoce y valora la importancia que, desde el punto de vista economico, tiene la prevencion de la corrosion de metales y las soluciones a los problemas que el uso de las pilas genera. Asimismo, debe valorarse si se conoce el funcionamiento de las celulas electroquimicas y las electroliticas.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Un tipo muy importante de reacciones son las denominadas de oxidación-reducción, también llamadas redox o de transferencia de electrones.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Se denomina reacción de reducción-oxidación, óxido-reducción, o simplemente reacción redox, a toda reacción química en la cual existe una transferencia electrónica entre los reactivos, dando lugar a un cambio en los estados de oxidación de los mismos con respecto a los productos.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Estado o número de oxidación Se define como la carga asignada a cada átomo que forma un compuesto. Ejemplo: HCl H+1 Cl-1 AgCl Ag+1 Cl-1 Indica la cantidad de electrones que podría ganar, perder o compartir en la formación de un compuesto.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Estado o número de oxidación El número de oxidación de un elemento libre (no combinado) es CERO. Ejemplo: Cu, Zn, Al, O2, Cl2, F2 2. El número de oxidación del hidrógeno combinado es +1, excepto en los hidruros metálicos, donde su número de oxidación es –1. Ejemplo: 3. El número de oxidación del oxígeno combinado es –2, excepto en los peróxidos, donde su número de oxidación es –1. Ejemplo: Óxidos Peróxidos Fe2O3 Na2O2 , H2O2

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Estado o número de oxidación 4. En los iones simples, cationes y aniones, el estado de oxidación es igual a la carga del ión. Ejemplo: Cationes Aniones Cu2+, Na+ Cl- , S2- 5. En los iones poliatómicos, la suma de los estados de oxidación de todos los átomos debe ser igual a la carga del ión.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Estado o número de oxidación 6. En las moléculas neutras, los estados de oxidación de todos los átomos deben sumar cero.

2. Contenido Cl2 De Fe en Fe2O3 De Na en NaOH De P en H3PO3 2.1. Reacciones redox Estado o número de oxidación Determine el estado de oxidación de : Cl2 De Fe en Fe2O3 De Na en NaOH De P en H3PO3 De Cl en KClO3 De Mn en MnO42-

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Se denomina reacción de reducción-oxidación, óxido-reducción, o simplemente reacción redox, a toda reacción química en la cual existe una transferencia electrónica entre los reactivos, dando lugar a un cambio en los estados de oxidación de los mismos con respecto a los productos.

Zn - 2e- Zn2+ Cu2+ + 2e- Cu Zn Zn2+ + 2e- Cu2+ Cu - 2e- 2. Contenido 2.1. Reacciones redox Reacción de oxidación Reacción de reducción Un átomo o ión se oxida Un átomo o ión se reduce Pierde electrones Gana electrones Aumenta su estado de oxidación Disminuye su estado de oxidación Zn - 2e- Zn2+ Cu2+ + 2e- Cu Zn Zn2+ + 2e- Cu2+ Cu - 2e- Agente reductor Agente oxidante

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Identificar si son reacciones de oxidación o de reducción, agente oxidante o agente reductor:

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Se denomina reacción de reducción-oxidación, óxido-reducción, o simplemente reacción redox, a toda reacción química en la cual existe una transferencia electrónica entre los reactivos, dando lugar a un cambio en los estados de oxidación de los mismos con respecto a los productos.

2. Contenido 2.1. Reacciones redox Una reacción redox tiene la forma: Semireacción de oxidación Semireacción de reducción Una reacción redox tiene la forma: Oxidante1 + Reductor2 → Reductor1 + Oxidante2 Oxidante1 + e- → Reductor1 Semireacción de reducción Semireacción de oxidación Reductor2 - e- → Oxidante2

Esto lo comprobamos con las reglas de número de oxidación aprendidas 2. Contenido 2.1. Reacciones redox Un ejemplo de reacción redox sería: 2+ 2- 2+ 2- Zn + Fe0 ZnO + Fe 1 ¿Por qué es una reacción redox? Es una reacción redox si se producen cambios en el número de oxidación Átomo libre n.o 0 Oxígeno, n.o -2 Molécula neutra, los n.o de todos los átomos deben sumar 0 Esto lo comprobamos con las reglas de número de oxidación aprendidas

2. Contenido Zn + Fe0 ZnO + Fe 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O 2.1. Reacciones redox Pierde e- , se oxida , agente reductor 2+ 2- 2+ 2- Zn + Fe0 ZnO + Fe Gana e- , se reduce , agente oxidante ¿Sería una reacción redox? +1 -1 +1 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O 

¡HAY QUE AJUSTAR SIEMPRE LAS REACCIONES QUÍMICAS! 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Al igual que todas las reacciones químicas, las reacciones redox requieren comprobar el ajuste estequiométrico. Número de oxidación Reacción de oxidación Reacción de reducción Reacciones redox ¡HAY QUE AJUSTAR SIEMPRE LAS REACCIONES QUÍMICAS! Si recordamos: HCl + NaOH NaCl + H2O 2 Mg + O2 2 MgO

2.2. Ajuste de reacciones redox 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Ejemplo: +1 +5 -2 +2 +5 -2 +2 -2 +1 -2 Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H20 ¿Está ajustada esta reacción? El ajuste estequiométrico de los equilibrios redox implica a veces una gran dificultad cuando se pretende hacerlo mediante el método clásico. Método ión-electrón

Pasos método ión-electrón en medio ácido 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Pasos método ión-electrón en medio ácido Asignar número de oxidación a todos los átomos 1 +1 +5 -2 +2 +5 -2 +2 -2 +1 -2 Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H20 Identificar el esqueleto de las semireacciones de oxidación y reducción 2 +2 Cu → Cu Semireacción de oxidación NO3- → NO Semireacción de reducción 3 Se iguala por tanteo los átomos distintos de H y O

Pasos método ión-electrón en medio ácido 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Pasos método ión-electrón en medio ácido Se igualan los átomos de O añadiendo moléculas de agua 4 Semireacción de oxidación Cu → Cu2+ NO3- → NO NO3- → NO +2 H2O Semireacción de reducción 5 Se igualan los átomos de H añadiendo H+ Cu → Cu2+ Semireacción de oxidación 4H+ +NO3- → NO + 2 H2O Semireacción de reducción Se igualan las semireacciones eléctricamente, para ello se debe contar la carga total a ambos lados y ajustar con electrones 6 Semireacción de oxidación Cu → Cu2+ + 2e- 3e- + 4H++ NO3- → NO + 2 H2O Semireacción de reducción

Pasos método ión-electrón en medio ácido 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Pasos método ión-electrón en medio ácido Se igualan los electrones perdidos por el agente reductor, con los electrones ganados por el agente oxidante +2 7 Semireacción de oxidación Cu → Cu + 2e- X 3 - 3e- + 4H++ NO3 → NO + 2 H2O Semireacción de reducción X 2

Pasos método ión-electrón en medio ácido 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Pasos método ión-electrón en medio ácido Se suman las dos semireacciones, reduciendo términos semejantes 8 Semireacción de oxidación 3 Cu → 3 Cu+2 + 6e- 6e- + 8H++ 2NO3- → 2 NO + 4 H2O Semireacción de reducción 3Cu+ 8 H++ 2NO3- → 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O Reacción que hay que ajustar: Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H20 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H20

Podemos tener reacciones tanto en medio ácido como en básico. 2. Contenido 2.2. Ajuste de reacciones redox Podemos tener reacciones tanto en medio ácido como en básico. Método ión-electrón Todos los pasos son iguales excepto cuando se tiene que igualar el oxígeno y el hidrógeno a ambos lados. Medio ácido Medio básico Se igualan los átomos de O añadiendo moléculas de agua Se igualan los átomos de O añadiendo 2 iones OH- por cada oxígeno 4 4 5 Se igualan los átomos de H añadiendo H+ 5 Se igualan los átomos de H añadiendo H2O

2.3. Introducción a la celda electroquímica 2. Contenido 2.3. Introducción a la celda electroquímica Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, o bien, de producir reacciones químicas a través de la introducción de energía eléctrica. Tipos de celdas Celda voltaica Celda electrolítica Transforma una corriente eléctrica en una reacción química de oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo. Transforma una reacción redox espontánea en una corriente eléctrica

2. Contenido 2.3. Introducción a la celda electroquímica https://www.youtube.com/watch?v=J1ljxodF9_g Obligamos a pasar los electrones por un circuito eléctrico externo

3. Resumen. Mapa conceptual

4. Bibliografía http://c-h-emistry.wdfiles.com/localfiles/help%3Atema3/tema3conocimientosprevios.pdf http://www.iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica2bac/materialdeaula/QUI2BAC%20Tema%206%20Reacciones%20redox%20y%20electroquimica/QUI2BAC_Tema_6_Reacciones_redox_y_electroquimica__Resumen.pdf http://www.fisicanet.com.ar/quimica/redox/ap01_redox.php Simulador de celda electroquímica: http://www.aularagon.org/files/espa/Bachillerato/Segundo/Quimica/U6/U6_archivos_Quimica/galvan5.swf