Раздел 2. Растворы. Типы химических равновесий
Тема: «Редокс - равновесия и процессы».
Общая цель занятия – Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться применять учебный материал в свое будущей профессии
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:
· дата;
· номер занятия;
· тема занятия;
· цель занятия;
· основные вопросы темы;
· краткое описание лабораторной работы.
Учебные вопросы занятия:
1.Механизм возникновения электродных и окислительно-восстановительных (редокс) потенциалов.
2.Уравнение Нернста. Стандартный электродный потенциал
3.Уравнение Петерса. Редокс-потенциалы для окислительно-восстановительных систем.
4.Прогнозирование направление редокс-процессов по величинам редокс-потенциалов. Связь величинам ЭДС и ∆G, константа окислительно-восстановительного равновесия.
5.Значение редокс-потенциалов и редокс-процессов в биологии и медицине. Антиоксиданты.
6.Оксидиметрическое титрование, применение в медицине и санитарно-гигиенической практике.
Ваши действия по подготовке к занятию и отработке программы занятия:
1.При подготовке к данному занятию.
Повторите:
-понятия: степень окисления элемента, в том числе низшая, высшая и промежуточная; правила определения степеней окисления элементов в соединении; окислитель, восстановитель; процесс окисления, процесс восстановления;
- типичные окислители (KMnO4,K2Cr2O7и др.); восстановители (KI); соединения с двойственной окислительно-восстановительной функцией (H2O2 и др.), эквивалент окислителя и восстановителя
- составление уравнений окислительно - восстановительных реакций;
Повторите материал по ранее изученным темам 2-го раздела дисциплины «Основные типы химических равновесий и процессов в функционировании живых систем»
Обратите внимание на конкурирующие равновесия разных типов:
-протолитическое – окислительно-восстановительное; гетерогенное - окислительно - восстановительное;
лигандообменное-окислительно-восстановительное;
Ответьте на следующие вопросы самоконтроля:
1.Что такое электродный потенциал? Опишите механизм его возникновения.
2. Как записывается уравнение Нернста для ОВ потенциала?
3.Биологическое значение редокс-потенциалов.
4.Назовите условия, перманганатометрического метода, оксидиметрии. Что можно определить перманганатометрическим титрованием?
5.По каким признакам прогнозируется направление течения ОВ реакций?
По выполнению программы учебного занятия:
При отработке первого вопроса обратите внимание на:
-потенциал- энергию, которую нужно затратить (положительный потенциал) или которую можно получить (отрицательный потенциал) при переносе электрона через границу раздела фаз; причина возникновения потенциала;
- скачок потенциала - резкое изменение потенциала при переходе через границу раздела фаз; типы скачка потенциала:1)металл-металл (контактный потенциал);2)раствор-раствор (диффузионный потенциал);3)металл-раствор (окислительно-восстановительный или редокс-потенциал);
- причину возникновения электродного потенциала, равновесный электродный потенциал.
При отработке второго вопроса обратите внимание на:
- стандартный электродный потенциал, зависимость электродного потенциала от природы металла, растворителя, активности его ионов в растворе, температуры;
- уравнение Нернста, его анализ, различные формы записи уравнения
Все электродные потенциалы определяются относительно стандартного электродного потенциала системы 2Н+/Н2.
При отработке третьего вопроса обратите внимание на:
-величину окислительно-восстановительного (редокс - ) потенциала(φ0), запись редокс-электрода; механизм возникновения редокс-потенциала;
-величину стандартного окислительно-восстановительного (редокс -) потенциала, запись стандартного редокс-потенциала; связь между φ0 и окислительно-восстановительными свойствами сопряженной (редокс-) пары;
-уравнение Нернста-Петерса, его анализ: зависимость от природы ОВ-пары; соотношения 
; температуры; рН.
При отработке четвертого вопроса обратите внимание на:
- возможность самопроизвольного протекания редокс-процесса;
-связь между стандартной энергией Гиббса ∆G0,ЭДС (Е) и константой оислительно - восстановительного равновесия.
При отработке пятого вопроса обратите внимание на:
- понятие о кофакторах и коферментах оксидоредуктаз, влияние лигандного окружения на величину редокс-потенциала; принцип организации электронно - транспортной цепи митохондрий ;
-редокс-процессы при патологии; редокс-буферные системы, обеспечивающие редокс-потенциалы биосистем: СОД, глутатионовая; компоненты антиоксидантной системы, их действие.
-использование окислительно-восстановительных реакций в медицине на примере Na2S2O3, антиоксидантов; бактерицидных веществ.
При отработке 6 вопроса обратите внимание на:
-сущность метода оксидиметрии (перманганатометрии): 1)требования к ЭДС о-в реакции; 2) титрант; 3)индикатор; 4) с какой целью создается кислая среда; 5) применение в медицинской практике.
Рекомендуемая литература:
· Основная литература
1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (, ), 976 с. –М, ГЭОТАР Медиа, 2009 г.
2. Практикум по общей и биоорганической химии. Учебное пособие для
студентов медицинских вузов ( Ред. ).- М., АКАДЕМИЯ., 3 изд., 235 с., 2008 г.
· дополнительная литература:
1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (, ), 976 с. - М, ГЭОТАР Медиа, 2007 г.
2. Биофизическая и бионеорганическая химия (, , ), М, МИА, 2008, - 416 с
3. «Химия: Основы химии Живого: Учебник для вузов. СПб: Химиздат, 2000. -768 с.
4. Лабораторный практикум по общей химии: уч. пособие и др. – Ставрополь, 2003 г.
· программное обеспечение: общесистемное и прикладное программное обеспечение
· базы данных, информационно-справочные поисковые системы интернет ресурсы, отвечающие тематике дисциплины, в том числе: -Chemlib.ru, Chemist.ru, ACD Labs, MSU. ru., и др.
Образец билета «тест-контроль на входе»
Тема: Редокс-процессы и равновесия.
Билет №7
1. Фактор эквивалентности вещества KMnO4 в реакции
KMnO4 + NaNO2 + H2O→MnO2 + KOH + NaNO3
Равен
а)1/5 б)1/2 в)1 /3 г)1
2. Коэффициент перед окислителем в реакции
K2Cr2O7 + HCI → CI2 + CrCI3 + KCI + H2O
Равен
а)1 б)2 в)3 г)4
3. Процесс окисления протекает в схеме:
а) CrO42- → Cr3+
б) SO42-→S
в) SO42-→H2S
г) C2O42-→CO2
4. Скачок потенциала, возникающий на границе раздела инертный металл – раствор, содержащий редокс-систему, называется:
а) окислительно - восстановительным потенциалом
б) диффузным потенциалом
в) электродным потенциалом
г) контактным потенциалом
5. Индикатором в перманганатометрии является
а) избыток KMnO4
б) крахмал
в) трилон Б
г) Метилрот
Эталон ответа:
1.Решение: Фактор эквивалентности определяется по формуле: 
, где Z – число ē, отданных восстановителем или принятых окислителем
Mn+7 + 3ē →Mn+4
Следовательно, фактор эквивалентности KMnO4 равен 
.
Ответ: в)
2.Решение: Окислителем в данной реакции является K2Cr2O7. В данной окислительно-восстановительной реакции можно расставить коэффициенты методом электронного баланса
Восстановитель: 2Cl-1 - 2ē → Cl20 3 окисление
Окислитель: 2Cr+6 + 6ē → 2Cr+3 1 восстановление
K2Cr2O7 + 14HCl → 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O
Ответ: а)
3. Решение: Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Степень окисления атома – восстановителя при этом возрастает.
а) CrO42- – окислитель за счет Cr+6, схема отражает процесс восстановления.
б)SO42- - окислитель за счет S+6, схема отражает процесс восстановления.
Окисление - это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Степень окисления атома – восстановителя при этом возрастает.
в)С2О42- - восстановитель за счет С+3 , схема отражает процесс окисления:
2С+3 -2е- → 2С+4
Ответ:г)
4.Решение: Раствор, содержащий электролит или редокс-систему, в комбинации с материалом, обладающим элементарной проводимостью (мембраны), в электрохимии принято называть электродом. Разность потенциалов, возникающая на границе раздела фаз инертный электрод ⁄ раствор содержащий редокс-систему, называется окислительно-восстановительным потенциалом.
Ответ:а)
5.Решение: Индикатором в методе перманганатометрии является сам перманганат калия. В момент эквивалентности лишняя капля титранта КMnO4 окрашивает титруемый раствор в длительно неисчезающий розовый цвет.
MnO4- + 8H+ + 5e - →Mn2+ + 4H2O
розовый бесцветный
Ответ: а)
Образец билета «тест-контроль на выходе»
Билет №1
1. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе одного из методов титриметрии, называемого _______, для определения _______ и ______.
2. Величина электродного потенциала определяется уравнением Нернста _______.
3. Укажите направление реакции при стандартных условиях:
2Сr³+ + 3Br2 + 7H2O = Cr2O7²ֿ+ 6Brֿ + 14H+
Ecли: φº Br2/2Brֿ = +1,076 B
φº Cr2O7²ֿ/2Cr³+ = +1,36 B
Ответ поясните.
Эталон ответа
1.Решение: …методов …называемого оксидиметрией для определения окислителей и восстановителей.
2. Решение: φ = φ0 + (RT/nF) • ln (Сок-ля/ Свосс-ля)
3. Решение: Для определения направления ОВР реакции можно пользоваться величиной её Э. Д.С.
Э. Д.С. О. В.Р. численно равна разности потенциалов ОВ пар, участвующих в реакции; О. В.Р. протекает самопроизвольно, если её Э. Д.С. >0; Э. Д.С.= 1,076 - 1,36 = -0,284 (В).
Приведённая реакция будет идти в обратном направлении при стандартных условиях, от сильного окислителя к слабому сопряженному восстановителю, т. е. в обратном направлении.
Лабораторная работа № 1. Стандартизация раствора перманганата калия по раствору щавелевой кислоты
Бюретку заполняют раствором перманганата калия. В колбу пипеткой вносят 5 мл раствора щавелевой кислоты с Cf= 0,02 моль/л, сюда же добавляют 2 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией эквивалентов 0,2 моль/л. Колбу слегка нагревают, и раствор титруют раствором перманганата калия до неисчезающей розовой окраски. Титрование проводят три раза. Результаты титрования записывают в таблицу:
№ | V(Н2С204),мл | Cf(H2C204), моль/л | V(KMn04), мл |
1 | |||
2 | |||
3 |
Концентрацию и титр раствора перманганата калия рассчитывают по формулам основного объёмного анализа, исходя из среднего объёма перманганата калия, затраченного на титровании. Написать уравнение реакции и расставить коэффициенты методом электронного баланса. Определить окислитель и восстановитель.
Cf(H2C2O4) · V (H2C2O4 ) = Cf (KMnO4) · V(KMnO4);
Cf(KMnO4) =
T(KMnO4) = Cf(KMnO4) · Mf(KMnO4)/1000 =
Вывод:
Лабораторная работа №2. Определение концентрации раствора иодида калия методом потенциометрического титрования с использованием в качестве титранта перманганата калия
Ход работы
1. В стаканчик вносят 20 мл исследуемого раствора иодида калия, добавляют 2 мл раствора серной кислоты с Cf=0,2моль/л, затем опускают электроды, подключенные к потенциометру.
2. К анализируемому раствору из бюретки порциями по 1,0 мл при постоянном перемешивании прибавляют раствор перманганата калия, и каждый раз измеряются ЭДС элемента. В начале титрования, когда концентрация исследуемого раствора велика, добавление титранта вызывает незначительное изменение потенциала электрода сравнения и ЭДС. В момент эквивалентности скачок потенциала резко возрастает, а затем при избытке титранта, снова плавно изменяется. После резкого скачка потенциала делают несколько измерений (3-4) и заканчивают титрование.
3. По данным титрования строится кривая зависимости ЭДС от прибавляемого объема титранта (на оси абсцисс откладывается объем титранта, на оси ординат - величина ЭДС). Точка эквивалентности определяется как середина вертикального участка (скачка титрования), из этой точки на ось абсцисс опускается перпендикуляр для определения эквивалентного объема титранта.
4. По данным титрования рассчитывают концентрацию исследуемого раствора иодида калия, используя при этом основную формулу объемного анализа:
Cf (КI) • V(KI) = Cf (KMn04) • V (KMnO4)
