Вычисления степеней окисления

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ

ГБОУ СПО «СВЕРДЛОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Кафедра химии и фармацевтической технологии

 

 

 

 

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов по учебной дисциплине «Общая и неорганическая химия»

Екатеринбург

Пособие для самостоятельной работы студентов по общей и неорганической химии / сост. преподаватель химии, кандидат химических наук А.И. Серебрякова. – Екатеринбург; Фармацевтический филиал ГБОУ СПО «СОМК», 2012. – 34 с.

 

Рецензент: Л.И. Русинова доцент УГТУ - УПИ, кандидат химических наук

 

Учебное пособие: «Окислительно-восстановительные реакции» содержит несколько разделов. В нем отражены вопросы, которые знакомят студентов с понятиями окислителей и восстановителей, степени окисления, процессами окисления и восстановления, методами уравнивания. Материал тесно связан с профессиональной направленностью: с применением ОВР в анализе лекарственных средств. Данное пособие позволяет подготовиться изучению учебной дисциплине Аналитическая химия и ПМ 02 МДК 02.02. «Контроль качества лекарственных средств».

 

Учебное пособие рассмотрено на заседании кафедры химии и фармацевтической технологии (протокол № 2 от 07 сентября 2012 года)

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение. Что такое ОВР? 4

2. Вычисление степеней окисления 6

3. Процессы окисления и восстановления. Восстановители

и окислители 9

4. Классификация ОВР 11

5. Составление уравнений ОВР 11

А) Метод электронного баланса 11

Б) Метод ионно-электронный (полуреакций) 18

6. Превращения некоторых ионов и веществ в ОВР в

различных средах 25

7. Вычисление эквивалента вещества в ОВР 28

8. Литература 31

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Окислительно - восстановительные процессы принадлежат к числу наиболее распространенных химических реакций и имеют большое значение в теории и практике.

При анализе лекарственных средств, как и многих других веществ, используются количественные методы, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Это методы перманганатометрии, йодометрии, броматометрии и др.

Вот некоторые реакции, которые лежат в основе этих методов или используются для определения содержания количества веществ:

 

- метод перманганатометрии:

 

а) 5H₂C₂O₄ + 2KM n O₄ + 3 H₂SO₄ à 2 MnSO₄ +K₂SO₄ +3H ₂O

 

б) 5H₂O₂ + 2KM n O₄ + 3 H₂SO₄ à 2 MnSO₄ +K₂SO₄ + 5О₂ +8H ₂O

 

- метод иодометрии:

 

в) 2 Na₂S ₂O₃ + I₂ à 2 NaI + Na₂S₄O₆

^{тетратионат натрия}

г) K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7H₂SO₄ à Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + 3I₂ + 7 H₂O

 

- метод броматометрии:

 

д) KBrO₃ + 6KI + 6HCl à KBr + 6KCl + 3I₂ + 3 H₂O

е) KBrO₃ + 5KBr + 6HCl à 6KCl + 3Br₂ + 3 H₂O

 

- метод нитритометрии:

 

ж) 2HNO₂ + 2HI→ I₂ +2NO + 2H₂O

 

Окисление-восстановление - один из важнейших процессов природы. С ним связаны дыхание и обмен веществ, гниение и брожение, фотосинтез, нервная деятельность человека и животных. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессе коррозии метaллов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота веществ в природе; с их помощью получают кислоты, щелочи и многие другие ценные продукты.

Реакции окисления-восстановления лежат и в основе многих методов лабораторной диагностики. Вы в своей будущей учебе и работе будете постоянно встречаться с ОВР, начиная с мытья лабораторной посуды и кончая проведением самых различных видов анализа.

 

Что такое ОВР?

Все многообразие химических реакций можно разделить на 2 типа:

1. Реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Например:

+1 -1 +1 +5 -2 +1 -1 +1+5 -2

KCl + АgNОз = AgCl + КNОз

 

+4 -2 +2 -2 +4 -2

МgСОз = MgO + СО₂

 

2. Реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления

атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Например:

 

0 +2 +6 -2 +2 +6 -2 0

 

Fе + Cu SO₄ = Fe S О₄ + Си

 

-3 +1 +3 -2 0 +1 -2

N H₄ N O₂ = N ₂ ^­ + 2H ₂ O

 

Сравните степени окисления подчеркнутых элементов.

 

Реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно- восстановительными.

 

С современной точки зрения: изменение степени окисления связано с оттягиванием или перемещением электронов. Поэтому, наряду с приведенным выше определением, можно дать такое определение ОВР:

 

окислительно-восстановительными называются реакции, в которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул, ионов к другим.

 

Задание для самоконтроля № 1:

Среди приведенных ниже уравнений выберите уравнения ОВР.

1) Zп(ОН)₂ + 2NaOH= Na₂ ZnО₂ + 2Н₂ О

2) 4НNОз + Сu = Сu(NО)₂ + 2NО₂ + 2Н₂ О

3) Fe + 2НСI = FeСI₂ + Н₂

4) СаСОз = СаО + СО₂

5) MnО₂ + HCl = Cl₂ + МnC1₂ + Н₂ О

 

Если Вы забыли...

что такое степень окисления и как ее найти:

степень окисления характеризует состояние атома в молекуле; степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов.

Или … - это условный заряд, который приобретает атом при условии полного смещения пары электронов ковалентной связи к более электроотрицательному атому.

Степень окисления может принимать отрицательное значение, если атом принял электроны (-1, -2 и т.д.);

- положительное значение, если атом отдал электроны (+1, +2 и т.д.)

- нулевое значение, если смещения не произошло и электронные пары, в равной мере принадлежат обоим атомам (обычно нулевая степень окисления присуща простым веществам - Н₂, Р₄, Fe, Na, S, O₂ с ковалентной неполярной связью или металлической - Fe, Na и др.).

 

ВЫЧИСЛЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ

1. Степень окисления (C.О.) кислорода в большинстве соединений равна -2 за исключением пероксидов (Н₂О₂) и дифторида кислорода (OF₂). С.О. в них равна -1 и +2, соотвтственно.

2. С.О. водорода равна +1 за исключением гидридов металлов (NaH, CaH₂ и др. С.О.= -1).

3. Алгебраическая сумма степеней окисления в молекуле всегда равна 0, а в сложном ионе - заряду иона.

4. Степень окисления элемента в простых веществах принимается за 0.

 

Алгоритм вычисления степени окисления в бинарной (состоящей из двух химических элементов) молекуле:

пример: MnO₂

 

	Записываем формулу вещества	MnO2
	Ставим известную степень окисления над химическим элементом, а неизвестную степень окисления обозначаем через Х	х -2 MnO2
	Алгебраическая сумма степеней окисления в молекуле равна 0 (т.е., молекула заряда не имеет)	х -2 (MnO2) 0
	Cоставляем уравнение	х + (-2)∙ 2 = 0
	Решаем уравнение	х - 4 = 0; х = +4

 

Вывод: степень окисления марганца в MnO₂ равна + 4.

· В оксидах с нечетным числом атомов кислорода степень окисления элемента (если произвести расчет) равна этому нечетному числу («перекрестное» правило) со знаком +: х -2

Э₂О₃

х -2

Э₂О₃ 2∙х = - [3 ∙ (-2)]

 

- [3 ∙ (-2)]

х = = +3

Алгоритм вычисления степени окисления в сложной молекуле:

пример: H₂Cr₂O₇

	Записываем формулу вещества	H2Cr2O7
	Ставим известные степени окисления над химическими элементами, а неизвестную степень окисления обозначаем через Х	+1 х -2 H2Cr2O7
	Алгебраическая сумма степеней окисления в молекуле равна 0 (т.е.,   молекула заряда не имеет)	+1 х -2 (H2Cr2O7)0
	Cоставляем уравнение	(+1) ∙ 2 + х ∙ 2 + (-2)∙ 7 = 0
	Решаем уравнение	2+2х -14 = 0 2х = 14-2; 2х = 12; х = +6

 

Вывод: степень окисления хрома в хромовой кислоте равна +6.

 

Алгоритм вычисления степени окисления в сложном ионе:

пример: РO₄^3-

	Записываем формулу иона	РO43-
	Ставим известные степени окисления над химическими элементами, а неизвестную степень окисления обозначаем через х	х -2 Р O43-
	Алгебраическая сумма степеней окисления в ионе равна заряду иона	-3
	Cоставляем уравнение	х + (-2) ∙ 4 = -3
	Решаем уравнение	х = +8-3 = +5

 

Вывод: степень окисления фосфора в ортофосфат - ионе равна +5.

 

 

• Если вы вычислили степень элемента в составе сложного аниона или сложного катиона один раз, а этот ион встречается в уравнении повторно, например H₃PO₄ и Ca₃(PO₄)₂, то степень окисления у фосфора будет та же самая +5.

 

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: