&ionic&liquids& - co-op academy failsworth - · pdf file ·...

46
06/05/15 Ionic Liquids Some Most All State the forms in which an ionic compound can conduct electricity Describe how ionic compounds conduct electricity Use ionic equaBons to show how ions form STARTER: Draw the diagram of an ionic laHce structure. Explain why the ions cannot move around.

Upload: phungnhu

Post on 08-Mar-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

06/05/15  

 Ionic  Liquids  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

STARTER:  Draw  the  diagram  of  an  ionic  laHce  structure.  Explain  why  the  ions  cannot  move  around.  

Ions  Revision  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

Ions  Revision  

•  For  the  following  atoms,  describe  how  they  form  the  corresponding  ions  

a)  Ag      à    Ag+  

b)  Mg  à  Mg2+  

c)  F    à  F-­‐  

d)  N  à  N3-­‐    

•  Extension:  If  you  feel  confident,  predict  what  ions  the  following  atoms  will  form  using  their  electronic  structure  or  posiBon  in  periodic  table  a)  Ca  b)  Cl  c)  K  

EXAMPLE:  Na  (sodium)  atoms  forms  a  Na+  ion  by  losing  1  electron      

Ionic  EquaBons  •  We  can  write  the  loss  or  gain  of  electrons  as  an  

equaBon  like  this:  

Sodium  atoms  (Na)  lose  1  electron  to  become  a  sodium  ion  (Na+)    

 

Na  à  Na+    +    e-­‐    

Copper  atoms  lose  2  electrons  to  become  copper  ions  

Cu  à  Cu2+    +      2e-­‐  Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

Ionic  Liquids  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

Copy  and  complete  using  the  words  in  green:  

When  a  _______  ionic  compound  ________  in  water,    the  ___________  breaks  up.    The  ions  ________  and  are  free  to  move  around  rapidly.  The  ions  can  carry  electrical  _______  through  the  _________.  The  soluBon  therefore  conducts  electricity.  

WORDS:    separate  dissolves  laHce  soluble  soluBon  charge  

Extension:  Draw  a  diagram  to  show  how  the  soluBon  would  differ  if  it  were  more  concentrated  

Progress  check  •  Can  you  answer  the  following  quesBons?  

GRADE:    C    B    A  

Extension:  Water  is  made  up  of  covalent  molecules.  Does  it  conduct?  Why  is  it  not  safe  to  have  near  electrical  equipment?  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

Starter  Water  is  made  up  of  covalent  molecules.  Does  it  conduct?    Why  is  it  not  safe  to  have  near  electrical  equipment?  

Electrolyte  –  ionic  liquid  or  soluBon  broken  down  by  electrolysis.  

Electrolysis  ‘spliHng  up  compounds  using  electricity’  

Electrode  –  rod  that  conducts  electricity  –  come  in  pairs  –  one  negaBve  and  one  posiBve.  

Opposites  acract  

Electrode  –  rod  that  conducts  electricity  –  oden  made  of  graphite  or  plaBnum  –  they  are  inert.  

NegaBve  ions  move  to  the  posiBve  electrode  e.g.  chloride.  

PosiBve  ions  move  to  the  negaBve  electrode  e.g.  copper.  

Don’t PANIC - Positive is Anode, Negative Is Cathode.

What  did  we  see  happening  yesterday?  

Salt   Anode  (+)   Cathode  (-­‐)  Potassium  Bromide  

Aluminium  Oxide  

Barium    Iodide  

Sodium  Chloride  

Calcium  Fluoride  

List  the  products  of  the  electrolysis  of  these  molten  salts.  

Salt   Anode  (+)   Cathode  (-­‐)  Potassium  Bromide   Bromine   Potassium  

Aluminium  Oxide   Oxygen   Aluminium  

Barium    Iodide   Iodine   Barium  

Sodium  Chloride   Chlorine   Sodium  

Calcium  Fluoride   Fluorine   Calcium  

List  the  products  of  the  electrolysis  of  these  molten  salts.  

Electrolysis  of  Lead  Bromide  

At  the  negaBve  electrode  (cathode)  

PosiBve  lead  ions  ,  Pb2+  ,  are  acracted  to  the  negaBve  electrode.    At  the  negaBve  electrode,  the  ions  collect  electrons  from  the  circuit.    The  lead  ion  turns  back  in  to  a  lead  atom.    

At  the  posiBve  electrode  (anode)  

•  At  the  posiBve  electrode,  bromide  ions  ,  Br-­‐,  lose  electrons  (to  replace  electrons  taken  by  the  lead).  

•  The  bromide  ions  combine  to  make  bromine  gas  molecules.  

Using  ionic  liquids  à  Electrolysis  

Use  the  diagram  to  describe  what  happened  with  the  demo  of  lead  bromide.    

ApplicaBon  

Marking  

What’s  the  link?  

Electrolysis  

Copper  Sulphate  soluBon                                  CuSO4(aq)  

PredicBon.  What  do  you  think  is  going  to  happen?  ___________________________________________________________________________________________________________________________  ObservaBon.  What  do  you  see?  Record  your  results  ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________  Conclusion.  Can  you  explain  what  you  have  seen?  ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________  

To  predict  the  products  of  electrolysis  1.  Find  the  correct  ions  your  data  sheet  2.  IdenBfy  which  ion  will  go  to  which  electrode  (posiBve  or  negaBve)  3.  Metal  ions  will  form  a  molten  metal,  non-­‐metals  will  usually  form  a  gas  and  is  normally  2  atoms  in  a  molecule  (e.g.  F2  or  Br2)  

e.g.  Lead  Bromide    1.  Pb2+      Br-­‐  2.  Pb2+  goes  to  negaBve  

electrode,  Br-­‐  goes  to  posiBve  electrode  

3.  Molten  lead  (Pb)  is  formed  at  negaBve  electrode,  Bromine  gas  (Br2)  is  formed  at  posiBve  electrode  

Some  

Most  

All   Name  products  

formed  by  electrolysis  of  molten  solids  

Describe  the  process  of  electrolysis  of  aluminium  

Use  half  equaBons  to  show  the  reacBons  at  electrodes  

Electrolysis    

OILRIG  -­‐  OxidaBon  and  ReducBon  

•  O    oxidaBon  •  I        is  •  L      loss    •  R      reducBon  •  I          is    •  G      gain  

•  When  an  atom  loses  electrons,  this  is  called  oxidaCon.  

•  When  an  atom  gains  electrons,  this  is  called  reducCon.  

Both  processes  happen  in  electrolysis.    

Complete  the  table,  you  may  choose  where  to  begin:  

FOUNDATION  

HIGHER  

Hint:  Remember  to  balance  the  electrons  How  many  Br-­‐  ions  in  total  are  needed  to  make  Br2?  How  many  electrons  in  total  are  lost?  

Extension:  Where  is  oxidaBon  happening?  Where  is  reducBon  happening?  Use  OILRIG  to  help  

Complete  the  table,  you  may  choose  where  to  begin:  

FOUNDATION  

HIGHER  

Ionic  EquaBons  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

A  sodium  ion  (Na+)  gains  an  electron  Na+      +        e-­‐    à    Na    

Bromide  ion  loses  an  electron  to  become  Br2  Br-­‐        à      Br2        +        e-­‐  

Is  this  correct??  

Ionic  EquaBons  

Some  

Most  

All   State  the  forms  in  

which  an  ionic  compound  can  conduct  electricity  

Describe  how  ionic  compounds  conduct  electricity  

Use  ionic  equaBons  to  show  how  ions  form  

 

Bromide  ions  lose  electrons  to  become  Br2  

2Br-­‐        à      Br2        +        2e-­‐  

Each  bromide  ion  loses  1  electron,  in  total  2  electrons  are  lost!  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Cl-­‐   Na+   Na+  

Na+   Na+  

OILRIG  

-­‐   ions  LOSING  electrons  to  become  atoms  is  called  ‘OXIDATION’    (even  though  oxygen  may  not  be  involved)  

+  ions  GAINING  electrons  to  become  atoms  is  called  ‘REDUCTION’    

OxidaCon  is  loss,  reducCon  is  gain  

‘OILRIG’  

Uses  of  Electrolysis  

Some  

Most  

All   Name  products  

formed  by  electrolysis  of  molten  solids  

Describe  the  process  of  electrolysis  of  aluminium  oxide  

Use  half  equaBons  to  show  the  reacBons  at  electrodes  

What’s  the  link?  

Some  

Most  

All   Name  products  

formed  by  electrolysis  of  molten  solids  

Describe  the  process  of  electrolysis  of  aluminium  oxide  

Use  half  equaBons  to  show  the  reacBons  at  electrodes  

Aluminium  Oxide  GeHng  aluminium  from  aluminium  oxide  (ore)  

Some  

Most  

All   State  ions  present  

in  soluBons  of  compounds  

Describe  how  the  products  are  different  for  soluBons  

Use  the  rules  to  idenBfy  products  for  different    soluBons  

Electrolysis  of  SoluBons  

So  far  we  have  looked  at  electrolysis  of  a  molten  compound  

 What  happens  when  we  have  soluCons?  (i.e.  

including  water)  

What  happens  when  the  ionic  compounds  are  dissolved  in  water?  

Here,  water  molecules  break  up  into  HYDROGEN  IONS,  H+  and  HYDROXIDE  IONS  OH-­‐  

H2O    è    H+    +      OH-­‐  

So,  in  an  ionic  soluBon  (eg  sodium  chloride  soluBon),  there  will  be  FOUR  types  of  ion  present:    

TWO  from  the  ionic  compound  and  TWO  from  the  water  (H+    +    OH-­‐)  

SODIUM  CHLORIDE  SOLUTION  NaCl  (aq)  

Cl-­‐  

Na+  

OH-­‐   H+  Na+  

Cl-­‐  OH-­‐  H+  

H+  

OH-­‐   Cl-­‐  

Na+  

IONIC  SOLUTION  

Cl-­‐  

Na+  

OH-­‐   H+  Na+  

Cl-­‐  

OH-­‐  

H+  

H+  

OH-­‐   Cl-­‐   Na+  

Which  ions  gain  or  lose  electrons  (“get  discharged”)  and  which  stay  in  soluBon?  

IONIC  SOLUTIONS:  At  the  CATHODE  

+  

At  CATHODE:      2H+  +  2e-­‐                      H2  

sodium  ION,  missing  1    electron  

Hydrogen  ATOM,    NEUTRAL  Na+   H  

Na+  

Na+  

H+  

H+  

H  

H  

H+  hydrogen  ION,  missing  1    electron  

As  HYDROGEN  is  LESS  REACTIVE  than  SODIUM,  it  is  discharged.              The  sodium  ions  stay  in  solu0on.  

which  ions?  

+  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Cl  Cl  

Cl   Cl  

chloride  ION,  extra  1  electron  

Cl-­‐   Cl   chlorine  ATOM,    NEUTRAL  

At  ANODE:            2Cl-­‐                                2e-­‐  +  Cl2  

IONIC  SOLUTIONS:  At  the  CATHODE  –  halogen  compounds  

If  the  –  ion  is  a  HALOGEN  (Cl,  Br,  I)  it  is  discharged  and  chlorine  (or  Br  or  I)  is  given  off  and  the  OH  -­‐  ions  stay  in  solu0on  

O  H  

O   H  O  H  

O   H  

O   H  hydroxide  ION,  from  water    extra  electron  

which  ions?  

+  

nitrate  ION,  extra  1  electron  NO3

-­‐   Oxygen  atom  

At  CATHODE:  4OH-­‐                      2H2O  +  O2    +  4e-­‐    

O  H  

H  

IONIC  SOLUTIONS:  CATHODE  –  non  halogen  compounds  

NO3-­‐  

NO3-­‐  

O   H  

hydroxide  ION,  OH-­‐  from  water,  extra  electron  

O  

NO3-­‐  

NO3-­‐  

O  H  

O   H  

O  

If  the  –  ion  is  NOT  a  halogen  (eg  nitrate,  sulphate  etc)  then  the  HYDROXIDE  ions  from  the  water  are  discharged  to  make  WATER  and  OXYGEN  gas.  The  other  ions  stay  in  soluBon.  

which  ions?  

+  ANODE    Acracts  –  ions  (‘Anions’)  

If  –  ions  are  HALOGENS  ie  chloride  Cl-­‐  

bromide  Br-­‐  

iodide  I-­‐    the  __________  is  produced.  

If  –  ions  are  NOT  HALOGENS  Eg    sulphate  SO4

2-­‐,                nitrate  NO3-­‐  

           carbonate  CO32-­‐  

__________  is  produced.  

-­‐  CATHODE    Acracts  +  ions  (‘CaBons’)  

If  +  ions  (metals)  are  _______________________  

K,  Na,  Ca,  Mg,  Zn,  Fe  

Then  __________  is  produced  

If  +  ions  (metals)  are  LESS  REACTIVE  than  hydrogen  

Cu,  Ag,  Au  

Then  the  _______  is  produced  

RULES  FOR  IONIC  SOLUTIONS  

+  ANODE    Acracts  –  ions  (‘Anions’)  

If  –  ions  are  HALOGENS  ie  chloride  Cl-­‐  

bromide  Br-­‐  

iodide  I-­‐    the  HALOGEN  is  produced.  

If  –  ions  are  NOT  HALOGENS  Eg    sulphate  SO4

2-­‐,                nitrate  NO3-­‐  

           carbonate  CO32-­‐  

OXYGEN  is  produced.  

-­‐  CATHODE    Acracts  +  ions  (‘CaBons’)  

If  +  ions  (metals)  are  MORE  REACTIVE  than  hydrogen  

K,  Na,  Ca,  Mg,  Zn,  Fe  

Then  HYDROGEN  is  produced  

If  +  ions  (metals)  are  LESS  REACTIVE  than  hydrogen  

Cu,  Ag,  Au  

Then  the  METAL  is  produced  

RULES  FOR  IONIC  SOLUTIONS  

potassium chloride

Compound   State   Anode (+) Cathode (-) Ions  

molten   K+  Cl-­‐   potassium chlorine

aluminium oxide molten  

copper chloride soluCon  

sodium bromide soluCon  

silver nitrate soluCon  

potassium chloride soluCon  

zinc sulphate soluCon  

(REACTIVITY: K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe3+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+ )

(REACTIVITY: K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe3+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+ )

potassium chloride

Compound   State   Anode (+) Cathode (-) Ions  

molten   K+  Cl-­‐   potassium chlorine

aluminium oxide molten   Al3+  O2-­‐   aluminium oxygen

copper chloride soluCon   Cu2+ Cl- H+ OH- copper chlorine

sodium bromide soluCon   Na+ Br- H+ OH- hydrogen bromine

silver nitrate soluCon   Ag+ NO3- H+ OH- silver oxygen

potassium chloride soluCon   K+ Cl- H+ OH- hydrogen chlorine

zinc sulphate soluCon   Zn+ SO42- H+ OH- hydrogen oxygen

(REACTIVITY: K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe3+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+ )

(REACTIVITY: K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe3+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+ )