Opgaver til 8.2

Opgaverne hører til afsnit 8.2 Spændingsrækken. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Du får brug for figuren med spændingsrækken i næsten alle opgaverne.

Opgave 8.2.1: Ædelt eller uædelt?

  1. Hvad vil det sige, at et metal er uædelt?
  2. Hvilket metal er mest uædelt: zink eller sølv?
  3. Hvilket metal er mest ædelt: jern eller kobber?
  4. Stil de fire metaller i rækkefølge med det mest uædle først: kobber, magnesium, guld og jern.

De uædle metaller står til venstre i spændingsrækken, og de ædle står til højre.

Find de to metaller i figuren, og se, hvem der står længst til venstre. Det er det mest uædle.

  1. Det afgiver let elektroner.
  2. Zink
  3. Kobber
  4. Magnesium, jern, kobber, guld

Opgave 8.2.2: Sker der en reaktion?

Afgør for hvert forsøg, om der sker en reaktion.

  1. En jernstang i en opløsning med Cu2+
  2. En kobberstang i en opløsning med Fe2+
  3. En zinkstang i en opløsning med Ag+
  4. En sølvske i en opløsning med Zn2+
  5. Et magnesiumbånd i en opløsning med Zn2+

Find metallet og ionens metal i spændingsrækken. Metallet kan kun afgive elektroner til ioner af et metal, der står til højre for det.

I spørgsmål a står jern til venstre for kobber. Jern kan derfor afgive elektroner til kobber(II)ionerne.

  1. Ja. Jern står til venstre for kobber.
  2. Nej. Kobber står til højre for jern.
  3. Ja. Zink står til venstre for sølv.
  4. Nej. Sølv står til højre for zink.
  5. Ja. Magnesium står til venstre for zink.

Opgave 8.2.3: Jern og kobber(II)ioner

Et jernsøm lægges i en blå opløsning af kobber(II)sulfat. Jern danner ionen Fe2+.

  1. Hvad ser man på sømmet efter nogle minutter?
  2. Hvad sker der med opløsningens farve?
  3. Skriv de to delreaktioner.
  4. Skriv det samlede reaktionsskema.

Forsøget minder om forsøget med zink i figuren i afsnit 8.2.

Jern afgiver 2 elektroner og bliver til Fe2+. En kobber(II)ion optager 2 elektroner og bliver til et kobberatom.

  1. Sømmet bliver dækket af et rødbrunt lag kobber.
  2. Den blå farve bliver svagere, fordi kobber(II)ionerne forsvinder fra opløsningen.
  3. Oxidation: Fe → Fe2+ + 2 e−. Reduktion: Cu2+ + 2 e− → Cu.
  4. Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)

Opgave 8.2.4: Zink og sølvioner

En zinkplade lægges i en opløsning af sølv(I)nitrat.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Hvad skal reduktionen ganges med?
  3. Skriv det samlede, afstemte reaktionsskema.

Zink danner Zn2+, og sølvionen er Ag+. Der skal afgives lige så mange elektroner, som der optages.

Zink afgiver 2 elektroner, og en sølvion optager kun 1. Der skal derfor to sølvioner til hvert zinkatom.

  1. Oxidation: Zn → Zn2+ + 2 e−. Reduktion: Ag+ + e− → Ag.
  2. Med 2
  3. Zn(s) + 2 Ag+(aq) → Zn2+(aq) + 2 Ag(s)

Opgave 8.2.5: Gør reaktionen færdig

Afgør, om der sker en reaktion. Hvis der gør, så skriv det afstemte reaktionsskema.

  1. Mg(s) + Cu2+(aq) → …
  2. Ag(s) + Mg2+(aq) → …
  3. Al(s) + Zn2+(aq) → …
  4. Na(s) + Al3+(aq) → …

Brug først spændingsrækken. Find derefter, hvor mange elektroner metallet afgiver, og hvor mange ionen optager.

Aluminium afgiver 3 elektroner, og en zinkion optager 2. Det mindste tal, som 3 og 2 går op i, er 6. Der skal derfor 2 aluminiumatomer til 3 zinkioner.

  1. Mg(s) + Cu2+(aq) → Mg2+(aq) + Cu(s)
  2. Ingen reaktion. Sølv står til højre for magnesium.
  3. 2 Al(s) + 3 Zn2+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 Zn(s)
  4. 3 Na(s) + Al3+(aq) → 3 Na+(aq) + Al(s)

Opgave 8.2.6: Metaller i syre

  1. Hvilke af disse metaller reagerer med saltsyre: zink, kobber, jern, sølv og aluminium?
  2. Hvilken gas dannes der?
  3. Skriv det afstemte reaktionsskema for zink i syre. Skriv syren som H+.

Find hydrogen i spændingsrækken. Kun metaller til venstre for hydrogen reagerer med syre.

Zink afgiver 2 elektroner. Hver H+ optager 1 elektron, og to hydrogenatomer bliver til et molekyle H2.

  1. Zink, jern og aluminium. Kobber og sølv reagerer ikke.
  2. Hydrogen, H2
  3. Zn(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

Opgave 8.2.7: Aluminium i syre

Aluminium reagerer med saltsyre og danner Al3+ og hydrogen.

  1. Skriv delreaktionen for aluminium.
  2. Skriv delreaktionen, hvor H+ bliver til H2.
  3. Skriv det samlede, afstemte reaktionsskema.

Reduktionen er 2 H+ + 2 e− → H2. Find det mindste tal, som både 3 og 2 går op i.

Oxidationen ganges med 2, og reduktionen ganges med 3. Så er der 6 elektroner i begge.

  1. Al → Al3+ + 3 e−
  2. 2 H+ + 2 e− → H2
  3. 2 Al(s) + 6 H+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 H2(g)

Opgave 8.2.8: Hvor meget kobber?

3,27 g zink reagerer fuldstændigt med en opløsning af kobber(II)sulfat.

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Hvor mange gram kobber dannes der?

Brug mængdeberegningsskemaet fra afsnit 4.5: ned til stofmængden af zink, på tværs til kobber og op til massen.

Molarmasserne er 65,38 g/mol for Zn og 63,55 g/mol for Cu. Forholdet er 1 : 1.

\[ n(\mathrm{Zn}) = \frac{m}{M} = \frac{3{,}27\ \mathrm{g}}{65{,}38\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}0500\ \mathrm{mol} \]

\[ n(\mathrm{Cu}) = \frac{1}{1} \cdot 0{,}0500\ \mathrm{mol} = 0{,}0500\ \mathrm{mol} \]

\[ m(\mathrm{Cu}) = n \cdot M = 0{,}0500\ \mathrm{mol} \cdot 63{,}55\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 3{,}18\ \mathrm{g} \]

Der dannes 3,18 g kobber.

Opgaver med fødevaretema

Metallerne i køkkenet opfører sig, som spændingsrækken forudsiger.

Opgave 8.2.mad.1: Tomatsovs og alufolie

Et fad med tomatsovs dækkes med alufolie og står i køleskabet til næste dag. Der, hvor folien har rørt sovsen, er der kommet små huller i den. Tomatsovs er sur.

  1. Står aluminium til venstre eller til højre for hydrogen i spændingsrækken?
  2. Forklar, hvorfor der kommer huller i folien.
  3. Hvilken ion bliver aluminium til?

En sur fødevare indeholder H+. Se, hvad afsnittet Metaller og syrer siger om metaller til venstre for hydrogen.

Aluminium står i hovedgruppe 3 og afgiver 3 elektroner.

  1. Til venstre
  2. Aluminium er uædelt og afgiver elektroner til H+ i den sure sovs. Aluminiumatomerne bliver til ioner og går ud i sovsen, så folien bliver tæret.
  3. Al3+

Opgave 8.2.mad.2: Guld på kagen

Meget fine kager og chokolader pyntes nogle gange med bladguld, som man kan spise. Mavesyre er saltsyre.

  1. Reagerer guld med saltsyre?
  2. Forklar, hvorfor guldet ikke bliver optaget i kroppen.
  3. Ville det være en god idé at pynte kagen med et tyndt lag zink i stedet? Begrund svaret.

Find guld, zink og hydrogen i spændingsrækken.

Et metal skal blive til ioner for at blive opløst i mavesyren. Det kan kun metaller til venstre for hydrogen.

  1. Nej. Guld står til højre for hydrogen.
  2. Guldet reagerer ikke med mavesyren og bliver ikke til ioner. Det går uændret gennem kroppen.
  3. Nej. Zink står til venstre for hydrogen og ville reagere med mavesyren. Der ville dannes zinkioner og hydrogen.

Opgave 8.2.mad.3: Sølvtøj, der er blevet sort

Sølvskeer bliver sorte, når de har rørt æg, fordi der dannes sølvsulfid, Ag2S, som indeholder ionen Ag+. Et gammelt husråd er at lægge skeerne i varmt vand med salt på et stykke alufolie. Så bliver de blanke igen.

  1. Hvilket af de to metaller er mest uædelt: aluminium eller sølv?
  2. Hvad sker der med sølvionerne, når skeen rører alufolien?
  3. Skriv delreaktionen for aluminium og delreaktionen for sølvionen.

Aluminium står langt til venstre for sølv i spændingsrækken. Det kan derfor afgive elektroner til sølvioner.

Aluminium bliver til Al3+. En sølvion optager 1 elektron og bliver til et sølvatom.

  1. Aluminium
  2. Sølvionerne optager elektroner fra aluminium og bliver til sølv igen. Den sorte belægning forsvinder.
  3. Oxidation: Al → Al3+ + 3 e−. Reduktion: Ag+ + e− → Ag.

Opgaver med klimatema

Spændingsrækken afgør, hvilket metal der bliver minuspol i et batteri, og hvordan metaller kan hentes ud af brugt elektronik. Opgaverne træner det samme som opgave 8.2.1 til 8.2.8, men handler alle om batterier og genbrug af metaller. Baggrunden står på siden Tema: Batterier og rust.

Opgave 8.2.klima.1: Metaller i batterier

  1. Hvad vil det sige, at et metal er uædelt?
  2. Et batteri er lavet af zink og kobber. Hvilket af de to metaller er mest uædelt og bliver minuspol?
  3. Hvilket metal er mest ædelt: bly eller sølv?
  4. Stil de fire metaller i rækkefølge med det mest uædle først: sølv, zink, aluminium og bly.

Brug figuren med spændingsrækken. De uædle metaller står til venstre.

Et uædelt metal afgiver let elektroner. I et batteri er det derfor det mest uædle metal, der bliver minuspol.

  1. Det afgiver let elektroner og bliver til positive ioner.
  2. Zink
  3. Sølv
  4. Aluminium, zink, bly og sølv

Opgave 8.2.klima.2: Metaller ud af brugt elektronik

Når brugt elektronik skal genbruges, bliver metallerne først opløst som ioner. Afgør for hvert forsøg, om der sker en reaktion.

  1. En zinkstang i en opløsning med Pb2+
  2. En kobberstang i en opløsning med Zn2+
  3. En jernstang i en opløsning med Ag+
  4. En sølvske i en opløsning med Cu2+
  5. En aluminiumsplade i en opløsning med Fe2+

Find de to metaller i spændingsrækken. Der sker kun en reaktion, når det faste metal står til venstre for metallet i ionen.

Zink står til venstre for bly. Zink er altså mere uædelt og kan afgive elektroner til Pb2+.

  1. Ja. Zink er mere uædelt end bly.
  2. Nej. Kobber er mere ædelt end zink.
  3. Ja. Jern er mere uædelt end sølv.
  4. Nej. Sølv er mere ædelt end kobber.
  5. Ja. Aluminium er mere uædelt end jern.

Opgave 8.2.klima.3: Bly fra gamle bilbatterier

Bly fra gamle bilbatterier kan genbruges. I et forsøg lægges en zinkplade i en opløsning med bly(II)ioner.

  1. Hvad ser man på zinkpladen efter nogle minutter?
  2. Hvad sker der med selve zinkpladen?
  3. Skriv de to delreaktioner.
  4. Skriv det samlede reaktionsskema.

Det ligner forsøget med zink i en opløsning med kobber(II)ioner i afsnit 8.2. Zink er mere uædelt end bly.

Zink afgiver 2 elektroner og bliver til Zn2+. Blyionen, Pb2+, optager 2 elektroner og bliver til fast bly.

  1. Der sætter sig et gråt lag af bly på pladen.
  2. Den bliver langsomt tæret, fordi zinkatomerne går i opløsning som ioner.
  3. Oxidation: Zn → Zn2+ + 2 e−. Reduktion: Pb2+ + 2 e− → Pb.
  4. Zn(s) + Pb2+(aq) → Zn2+(aq) + Pb(s)

Opgave 8.2.klima.4: Sølv fra printplader

Printplader fra gamle telefoner indeholder sølv. Når sølvet er opløst som sølv(I)ioner, kan det fås tilbage ved at lægge en kobberplade i opløsningen.

  1. Skriv de to delreaktioner.
  2. Hvad skal reduktionen ganges med?
  3. Skriv det samlede, afstemte reaktionsskema.

Kobber bliver til Cu2+ og afgiver 2 elektroner. En sølvion, Ag+, optager kun 1 elektron.

Der skal optages lige så mange elektroner, som der afgives. Der skal derfor to sølvioner til hvert kobberatom.

  1. Oxidation: Cu → Cu2+ + 2 e−. Reduktion: Ag+ + e− → Ag.
  2. Med 2
  3. Cu(s) + 2 Ag+(aq) → Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

Opgave 8.2.klima.5: Gør reaktionerne i genbrugsanlægget færdige

Afgør, om der sker en reaktion. Hvis der gør, så skriv det afstemte reaktionsskema.

  1. Zn(s) + Fe2+(aq) → …
  2. Cu(s) + Zn2+(aq) → …
  3. Al(s) + Pb2+(aq) → …
  4. Mg(s) + Ag+(aq) → …

Brug spændingsrækken til at afgøre, om der sker en reaktion. Skriv derefter de to delreaktioner, og sørg for, at der er lige mange elektroner i begge.

I spørgsmål c afgiver aluminium 3 elektroner, og Pb2+ optager 2. Det mindste tal, som både 3 og 2 går op i, er 6.

  1. Zn(s) + Fe2+(aq) → Zn2+(aq) + Fe(s)
  2. Ingen reaktion. Kobber er mere ædelt end zink.
  3. 2 Al(s) + 3 Pb2+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 Pb(s)
  4. Mg(s) + 2 Ag+(aq) → Mg2+(aq) + 2 Ag(s)

Opgave 8.2.klima.6: Hydrogen fra metal og syre

Hydrogen kan bruges i en brændselscelle. I laboratoriet kan man lave hydrogen af et metal og en syre.

  1. Hvilke af disse metaller reagerer med saltsyre: magnesium, sølv, jern, guld og aluminium?
  2. Hvilken gas dannes der?
  3. Skriv det afstemte reaktionsskema for magnesium i syre. Skriv syren som H+.

Find H2 i spændingsrækken. Kun de metaller, der står til venstre for H2, reagerer med syre.

Magnesium afgiver 2 elektroner. Der skal 2 H+ til at optage dem, og de bliver til ét molekyle H2.

  1. Magnesium, jern og aluminium
  2. Hydrogen, H2
  3. Mg(s) + 2 H+(aq) → Mg2+(aq) + H2(g)

Opgave 8.2.klima.7: Jern i syreregn

Syreregn tærer på jern. Jernet reagerer med syren og danner Fe2+ og hydrogen.

  1. Skriv delreaktionen for jern.
  2. Skriv delreaktionen, hvor H+ bliver til H2.
  3. Skriv det samlede, afstemte reaktionsskema.

Jern afgiver 2 elektroner. Hver H+ optager 1 elektron, og der skal to H til ét H2.

Reduktionen er 2 H+ + 2 e− → H2. Der er 2 elektroner i begge delreaktioner, så de kan lægges sammen, som de er.

  1. Fe → Fe2+ + 2 e−
  2. 2 H+ + 2 e− → H2
  3. Fe(s) + 2 H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g)

Opgave 8.2.klima.8: Kobber fra gamle ledninger

Kobber fra gamle ledninger kan opløses som kobber(II)ioner og fås tilbage med jernskrot. 5,585 g jern reagerer fuldstændigt med en opløsning af kobber(II)ioner.

Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)

Hvor mange gram kobber dannes der?

Brug de tre trin fra afsnit 4.5: beregn stofmængden af jern, find stofmængden af kobber med koefficienterne, og beregn massen.

Molarmasserne er 55,85 g/mol for Fe og 63,55 g/mol for Cu. Forholdet er 1 : 1.

\[ n(\mathrm{Fe}) = \frac{m}{M} = \frac{5{,}585\ \mathrm{g}}{55{,}85\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}1000\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(Cu) = 0,1000 mol.

\[ m(\mathrm{Cu}) = n \cdot M = 0{,}1000\ \mathrm{mol} \cdot 63{,}55\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 6{,}355\ \mathrm{g} \]

Der dannes 6,355 g kobber.