 |
окислительно-восстановительные реакции (овр).
|
|
|
|
Электрохимия
опыт 1. Окислительные и восстановительные свойства сернистой
кислоты
а) Уравнение реакции: H2SO3 + …H2S = ….S↓ + ….H2O
Электронные уравнения:
________________________________________________- процесс восстановления;
_________________________________________________- процесс окисления.
Окислитель -………..восстановитель -……………….
б) Уравнение реакции:...Н2SOз +...I2 +... Н2O =... Н2SО4 + ….HI
Электронные уравнения:
________________________________________________- процесс восстановления;
________________________________________________- процесс окисления.
Окислитель -........................ восстановитель -……………....
S находится в группе периодической системы. Высшая степень окисления ее - ……, низшая -…... Степень окисления S в Н2SО3 -
Выводы…………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
опыт 2. Взаимодействие азотной кислоты с медью
а) Схема взаимодействия концентрированной НNОз с металлами:
HNОз + Ме => NO2 ↑+ Мe(NO3)п + Н2O
(Здесь и в Опыте 2(б) при составлении уравнений реакций учтите, что НNO3 расходуется не только на окисление металла, но и на образование соли Ме(NO3)n)
Элементы теории, примеры зачетных задач
Для составления ОВР наиболее простым является метод электронного баланса. В этом методе рассматривается перераспределение электронов между гипотетическими ионами, заряд которых равен соответствующим степеням окисления. Сущность метода электронного баланса состоит в том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.
Пример 9. ОВР протекает по схеме:
|
|
|
Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Укажите: а) окислитель и восстановитель; б) какое вещество окисляется, какое вещество восстанавливается. Составьте электронные уравнения и на основании их расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
Решение
В схеме реакции расставим изменяющиеся СО:
+4 +6 +6 +3
Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Определим характер процессов:
S+4 ® S+6 - увеличение СО; процесс окисления;
Сr+6 ® Сr+3 - уменьшение СО; процесс восстановления.
S+4 (Nа2SO3) - восстановитель, Сr+6(К2Сr2O7) - окислитель.
Составляем электронные уравнения:
S+4 - 2ē = S+6 - процесс окисления;
Сr+6 + Зē = Сr+3 - процесс восстановления.
Поскольку число электронов, отдаваемых восстановителем, должно равняться числу электронов, принимаемых окислителем, умножим электронные уравнения на соответствующие коэффициенты:
3| S+4 - 2ē = S+6
2 | Сr+6 + 3ē = Сr+3
Подставляем эти коэффициенты в схему реакции:
3Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®3Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Находим подбором и расставляем остальные коэффициенты:
3Nа2SO3 + К2Сr2O7 + 4Н2SO4 ®3Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + 4Н2O.
Окончательная проверка правильности написания уравнения проводится по балансу атомов кислорода: 3•3+7+4•4 = 3•4+4•3+4+4;
32 = 32
Уравнение реакции:...HNO3(конц) +.... Cu = ………………………………
Электронные уравнения:
________________________________________________- процесс восстановления;
________________________________________________- процесс окисления.
Окислитель -........................ восстановитель -……………....
б) Схема взаимодействия разбавленной НNО3 с металлами:
НNО3 + Me => 
Уравнение реакции:...HNO3(разб) +.... Cu = ……………………………………
Электронные уравнения:
________________________________________________- процесс восстановления;
________________________________________________- процесс окисления.
Окислитель -........................ восстановитель -……………....
Выводы:
Какой элемент в HNO3 является окислителем? Укажите степень его окисления……….
Почему HNO3 проявляет только окислительные свойства?................................................................................................................................
|
|
|
Может ли при восстановлении НNО3 выделяться Н2?
опыт 3. Медно-цинковый гальванический элемент
Схема гальванического элемента:
(-)………|…………………..||…………….|…………(+)
E0Cu2+/Cu=……B; E0 Zn2+/Zn=………B; C (Cu2+) = C(Zn2+) = 1 моль/л
Процессы на электродах:
(A)……………………………………………. – процесс …………………..
(K)…………………………………………… - процесс ……………………
……………………………………………….. – ионно-молек. уравнение
……………………………………………….. – молекулярное уравнение
ЭДС = E(+) – E(-) = ………………………………………………………………..
Элементы теории, примеры зачетных задач
Устройства, в которых энергия химической реакции выделяется в виде электрической, называются гальваническими элементами.
Пример 10. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе, схема которого: Ni | NiSO4|| СuSO4| Сu, если С(Сu2+)=С(Ni2+)=1 моль/л
Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС).
Решение
При концентрациях ионов металлов, равных 1 моль/л, на металлических электродах устанавливаются стандартные электродные потенциалы: Е°Сu2+/Сu =+0,34В; Е°Ni2+/№ =- 0,25В
На электроде, имеющем меньший потенциал, происходит отдача электронов, т.е. окисление. Этот электрод называется анодом. Поскольку ЕNi2+/Ni < ЕCu2+/Cu> анодом является никелевый электрод.
На электроде, имеющем больший потенциал, происходит принятие электронов, т.е. восстановление. Этот электрод называется катодом. Им является медый электрод.
Процессы, протекающие в гальваническом элементе:
Анод: Ni - 2ē = Ni2+
Катод: Сu2+ + 2ē = Сu
______________________________________________________________________
Ионно-молекулярное уравнение: Ni + Сu2+ = Ni2+ + Сu;
Молекулярное уравнение: Ni + СuSO4= NiSO4+Сu.
ЭДС=Е(Кат)-Е(Ан) = 0,34 - (-0,25) = 0,59 В.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Коррозией называется самопроизвольный процесс разрушения металлов и сплавов в результате их окисления окружающей средой.
Поскольку коррозия является окислительно-восстановительным процессом, вероятность ее протекания тем больше, чем больше разность потенциалов систем окислителя и восстановителя, Еок-Евосст, т.е. чем больше алгебраическое значение Еок и меньше Евосст - Восстановителем при коррозии является металл. Корродировать в первую очередь будет более активный металл, имеющий меньший потенциал. Окислителем (деполяризатором) в процессе коррозии выступает тот компонент окружающей среды, который имеет больший потенциал.
|
|
|
опыт 4. Защитные свойства металлических покрытий
Качественная реакция на ион Fе 2+:
3 Fе2+ +2[Fе(СN)6]3- = Fе3[Fе(СN)6]2↓ (синий)
При коррозии с каким покрытием железа - цинковым или оловянным (луженым) - качественной реакцией открыт ион Fе2+?
…………………………………………………………………………………………..
а) Оцинкованное железо.
Соотношение потенциалов: (Е°Fе2+/Fе =…................... В)……………(Е°Zn2+/Zn =............................................................ ………В),
следовательно, анод -........... …….., катод -…………. Процессы:
(А)..................... ………………......................... - процесс
(К)......................................... ……………….….- процесс
..................................................... ………………………ионно-молек. уравнение
........................................................ …………………..- молекулярное уравнение
б) Луженое железо.
Соотношение потенциалов: (Е°Fе2+/Fе =... В)................. (Е°Sn2+/Sn = ……В),
следовательно, анод -..........., катод -................. Процессы:
(А).................................. ……………............................... - процесс
(К)......................................... ……………………………- процесс
........................................................ - ионно-молек. уравнение
....................................................... - молекулярное уравнение
Выводы:
Какое из покрытий катодное, какое - анодное?.....................
Какое покрытие более надежное?.........................
Какое покрытие при хорошем качестве более долговечно?.
опыт 5. Электролиз раствора иодида калия
|
|
Е° K+/K = ….B
 | |||
|
Е°2H2O/H2= - 0,41B
На катоде (-) протекает процесс восстановления, характеризующийся большим потенциалом: ………………………………………………………………………….
Элементы теории, примеры зачетных задач
Пример 11. Какие процессы будут протекать при коррозии луженой (покрытой оловом) меди в месте нарушения покрытия? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в следующих средах: а) во влажном воздухе; б) в растворе хлороводородной кислоты.
|
|
|
Решение
Более активным восстановителем является олово, т.к. Е0Sn2+/Sn = - 0,14В < Е°Cu2+/Cu = +0.34 В, поэтому, в первую очередь, корродирует олово. Покрытие анодное.
а) Во влажном воздухе окислителем является кислород. Олово (анод) будет окисляться, а на меди (катоде) будет восстанавливаться кислород:
(А) Sn-2е = Sn2+ |2
(К) O2+4е+2Н2O=4OH- | 1
2Sn+O2+2Н2O=2Sn(OН)2↓
Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид олова.
б) Несмотря на то, что потенциал кислорода больше, чем иона водорода в растворе кислоты, доступ кислорода к поверхности катода (меди) ограничен из-за его малой растворимости и медленной диффузии. В кислом растворе Еокис- Е°2Н+/Н2= 0 В > Евосст=Е°Sn2+/ Sn = -0,14 В и окислителем является ион водорода. Уравнения процессов:
(А) Sn -2е = Sn2+
(К) 2Н++2е = Н2
Sn + 2Н+ = Sn2+ + Н2, или Sn + 2НСl = SnСl2 + Н2.
Электролиз - это совокупность процессов раздельного окисления и восстановления на электродах, осуществляемых в растворах или расплавах электролитов за счет протекания через них постоянного электрического тока от внешнего' источника. В отличие от гальванического элемента при электролизе катод заряжен отрицательно, а анод - положительно.
На катоде протекают процессы восстановления, поэтому в первую очередь восстанавливаются наиболее сильные окислители, то есть катионы, имеющие в данных условиях больший потенциал.
На аноде (+) протекает процесс окисления, характеризующийся меньшим потенциалом: …………………………………………………………………….
У какого электрода наблюдается буро-желтое окрашивание?
У какого электрода обнаружена щелочная среда? Почему?
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
опыт 6. Электролиз раствора сульфата меди
а) с угольным анодом:
| |||
 |
|
(-)
Е° Cu2+/Cu = ….B
 | |||
|
Е°2H2O/H2= - 0,41B
Процесс на катоде: (-).... *.........
Процесс на аноде:(+)........тт.....
(На аноде окисление серы в 8О42" - ионе невозможно, т.к. степень окисления серы в нем высшая,+6).
б) с медным анодом:
| |||
 | |||
|
|
|
|
Е° Cu2+/Cu = ….B
| |||
|
|
Е°2H2O/H2= - 0,41B
Процесс на катоде: (-). …………………………………………………
На аноде протекает процесс окисления, характеризующийся меньшим потенциалом: (+)……………………………………………………………………………….
Дата: Подпись преподавателя:
Элементы теории, примеры зачетных задач
На аноде протекают процессы окисления, поэтому в первую очередь окисляются наиболее сильные восстановители, имеющие в данных условиях меньший потенциал.
Пример 12. Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора К2SО4 в электролизерах:
а) с угольными электродами; б) с висмутовыми электродами.
Решение
а) На катоде в первую очередь протекает восстановление наиболее сильных окислителей, характеризующихся большим потенциалом. К отрицательно заряженному катоду движутся катионы К+, которые могли бы восстанавливаться до металлического калия (Е0к+/к:=-2,92В), и полярные молекулы воды, которые могли бы восстанавливаться до водорода (Е°2H+/Н2=0,00В при рН=0; Е02Н2O/Н2=- 0,41В при рН=7). Поскольку Е2H+/H2> Е0K+/K= то на катоде восстанавливается вода: 2Н20 + 2е= Н2+2OН-
К положительно заряженному аноду движутся анионы SО42- и полярные молекулы воды. В сульфат-ионе сера находится в высшей степени окисления (+6), поэтому дальнейшее окисление серы невозможно. В данных условиях протекает единственно возможный процесс - окисление воды до кислорода:
2Н2O - 4е = O2 + 4H+.
б) На висмутовом аноде кроме окисления воды возможно окисление висмута - материала анода. На аноде протекает, в первую очередь, окисление наиболее сильных восстановителей, характеризующихся меньшим потенциалом. Поскольку Е0Bi3+/Bi= +0,22 В В < Е о2/н2O=+1,23 В, то окисляться будет материал анода: Вi-3е = Вi3+.
В растворе появляются ионы Вi3+. Они и восстанавливаются на катоде, так как их потенциал больше, чем потенциал иона калия или иона водорода из воды: Вi3+ + 3е = Вi
________________________________________________________________________
Комплексными называются такие соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся сложные комплексные ионы (комплексы), способные к самостоятельному существованию в растворе.
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №4
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ d ЭЛЕМЕНТОВ
ОПЫТ 1. Диссоциация комплексных и двойных солей
Качественная реакция иона Fе3+: Fе 3+ + 3SCN- = Fе(SCN)3 (красный).
В растворе какой соли – NH4Fe(SO4)2 или К3Fе(СN)6 – обнаружен ион Fе3+?
…………………………………………………………………………………………….
Исходя из этого, напишите уравнения диссоциации солей:
NН4Fe(SO4)2.......................................................
К3Fе(СN)6.........................................................
Какая из них комплексная, какая двойная? (В комплексной соли выделите комплексный ион квадратными скобками.)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Диссоциация комплексного иона: …………………………………………………….
Константа нестойкости: Кн=
ОПЫТ 2. Получение и разрушение комплексного иона [Аg(NH3)2]+
Получение осадка хлорида серебра:
Молекулярное уравнение:... АgNО3 +...NаСl =............... ……………………….
Ионно-молекулярное уравнение:........................... ……………………………..
Получение комплексного соединения:
Молекулярное уравнение:... АgСl↓ + …..NН3 =.............. ………………………..
Ионно-молекулярное уравнение:........................... ………………………………….
Схема разрушения комплексного иона:
[Аg(NН3)2]+ 
Аg+ + 2NН3
(1) + `` +
S2- Н+
↓(3) ↓(2)
Аg2S↓ NН4+
За счет процесса (2) уменьшается концентрация лиганда NH3, что по принципу Ле Шателье приводит к смещению равновесия (1) вправо, т.е. к разрушению комплексного иона. За счет процесса (3) уменьшается концентрация комплексообразователя Аg+, что приводит к аналогичному результату.
Элементы теории, примеры зачетных задач
Пример 13. Составьте формулы соли с комплексным анионом и соли с комплексным катионом из следующих ионов и молекул: Nа+; Сd2+; СN-; NН3; Сl-. Координационное число комплексообразоватсля равно 4. Напишите уравнения диссоциации каждой из этих солей и каждого из комплексных ионов. Приведите выражения для констант нестойкости комплексных ионов.
Решение
Наиболее сильными комплексообразователями являются катионы d-элементов. Таковым из приведенного перечня является катион Сd2+. Комплексный ион состоит из комплексообразователя и лигандов. Чтобы образовался комплексный анион, лигандьх должны быть анионами. Это анионы СN-, образующие более прочные комплексы, чем Сl-. Число лигандов, связанных с комплексообразователем, равно координационному числу. Формула комплексного аниона [Сd(СN)4]2- (Заряд комплексного иона равен сумме зарядов комплексообразователя и лигандов: +2 + 4•(-1) = -2.) Ионы внешней сферы должны быть катионами с суммарным зарядом +2. Это два иона Nа+ Формула комплексного соединения Nа2[Сd(СN)4]. Диссоциация комплексного соединения происходит по типу сильного электролита, т.е. нацело и необратимо, на ионы внешней сферы и комплексный ион: Nа2[Сd(СN)4] = 2Nа++ [Сd(СN4]2-.
Диссоциация комплексного иона происходит в очень незначительной степени, по типу слабых электролитов» обратимо на комплексообразователь и лиганды: [Сd(СN)4]2- <=> Сd2++ 4СN- Константа нестойкости является константой диссоциации комплексного иона. Она равна: Кн = [Сd2+][СN-]4/[[Сd(СN)4]2-].
Чтобы образовался комплексный катион, лиганды должны быть нейтральными молекулами. Таковыми из приведенного перечня являются молекулы аммиака NН3. Формула комплексного соединения [Сd(NН3)4]Сl2. Уравнение диссоциации комплексного соединения: [Сd(NН3)4]Сl2= [Сd(NН3)4]2+ + 2Сl-.
Диссоциация комплексного иона: [Сd(NН3)4]2+<=> Сd2++ 4NН3
Константа нестойкости: Кн = [Сd2+][ NН3]4/[[Сd(NН3)4]2+].
Молекулярное уравнение:... [Аg(NН3)2]Сl +...HNO3= ………………………………..
Ионно-молекулярное уравнение:……………………………………………………….
Молекулярное уравнение:... [Аg(NН3)2]Сl +...Na2S = ………………………………..
Ионно-молекулярное уравнение:……………………………………………………….
В каком ионе, [Аg(NН3)2]+ или NН4+, прочнее связана молекула NН3? ……………………………………………………………………………………..
В ионе [Аg(NН3)2]+ или осадке Аg2S прочнее связан ион Аg+?
опытз. Восстановительные свойства соединений хрома (III) в щелочной среде
При добавлении к раствору соли хрома избытка раствора щелочи образующийся вначале амфотерный гидроксид Сr(ОН)3 растворяется:
...Сr2(SO4)3+….Nа0Н =….Nа3[Сr(OН)6]+….Nа2SO4.
Ионно-молекулярное уравнение:.........................................
Уравнение реакции:
=….Nа3[Сr(OН)6] + ….. Н2O2 = …. Na2CrO4 + ….NаОН + …. Н2O
Электронные уравнения:
................................ …………………………- процесс восстановления;
................................. ………………………………- процесс окисления.
Окислитель -........... ……......; восстановитель -…………………………….....
опыт 4. Окислительные свойства соединений хрома (VI) в кислой среде
Уравнение реакции
... К2Сr2O7+ …. КNO2+…..Н2SO4 =... Сr2(SO4)з+….КNO3+... К2SO4+….Н2O
Электронные уравнения:
…………………………- процесс восстановления;
………………………………- процесс окисления.
Окислитель - …………….......; восстановитель -…………………………….....
Могут ли хромат натрия Nа2СrO4 и дихромат калия К2Сr2O7 проявлять восстановительные свойства? Почему?.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Для заметок.
опыт 5. Окислительные свойства перманганат-иона в различных средах
Схема восстановления перманганат-иона в зависимости от среды:
а) Кислая среда. Уравнение реакции:
…KMnO4+….Na2SO3 +….H2SO4 = ……………………………………………….
Электронные уравнения:
…………………………………….………………- процесс восстановления;
……………………………………..……………………- процесс окисления.
Окислитель - …………….......; восстановитель -…………………………….....
б) Нейтральная среда. Уравнение реакции:
…KMnO4+….Na2SO3 +….H2O = ……………………………………………….
Электронные уравнения:
…………………………………….………………- процесс восстановления;
……………………………………..……………………- процесс окисления.
Окислитель - …………….......; восстановитель -…………………………….....
в) Сильнощелочная среда. Уравнение реакции:
…KMnO4+….Na2SO3 +….KOH = ……………………………………………….
Электронные уравнения:
…………………………- процесс восстановления;
………………………………- процесс окисления.
Окислитель - …………….......; восстановитель -…………………………….....
Дата: ………………….. Подпись преподавателя:
Студент(ка).......................................................................факультета
Ф.И.О………………………………………………………………..
(шифр ……………………..)
лабораторный практикум по химии выполнил(а) полностью.
Дата: ………………….. Подпись преподавателя:
|
|
|
