Лабораторная работа № 2 «Окислительно-восстановительные реакции».
Опыт 1. Роль среды (минеральный хамелеон).
Ход работы:
В 4 пробирки налили раствор KMnO4, одну из пробирок оставили для эталона. В первую добавили 2-3 капли серной кислоты и перемешали. Во вторую налили раствор едкого натра с массовой долей вещества 20%, который занимает одинаковый объём с KMnO4. В третью добавили воду (половину от объёма KMnO4). Приготовили в трёх пробирках равные объёмы раствора Na2SO3 и влили в каждую пробирку с раствором KMnO4 одновременно.
Результаты опытов:
1) KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → Mn2+ + SO42-
MnO4 + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O 2
SO32- + H2O – 2e → SO42- + 2H+ 5
2MnO4- + 16H+ + 5SO32- + 5H2O → 2Mn+ + 8H2O + 5SO42- + 10H+
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5Na2SO3 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + H2SO4 + 3H2O
т. е. в кислой среде KMnO4 восстанавливается до Mn2+; безцветный
2) ↓MnO4 + H2O + Na2SO3 → MnO2↓ + SO42-
MnO4- + 2H2O – 3e → MnO2 + 4OH+ 2
SO32- + H2O – 2e → SO42- + 2H - 3
2MnO4 + 4H2O + 3SO32- + 3H2O → 2MnO2 + 8OH - + 3SO42- + 6H+
KMnO4 + 3Na2SO3 + 4H2O → MnO2↓ + 2KOH + 3Na2SO4
т. е. в нейтральной среде KMnO4 восстанавливается до MnO2, выпадает осадок; бурый
3) MnO4 + 1e → MnO42- 2
SO32- - 2OH - - 2e → SO42- + H2O 1
2MnO4- + SO32- + 2OH - → 2MnO4- + SO42- + H2O
2KMnO4 + Na2SO3 + NaOH → K2MnO4 + Na2MnO4 + Na2SO4 + H2O
т. е. в щелочной среде KMnO4 восстанавливается до MnO42-; зеленый
В зависимости от среды, в которой протекает реакция, KMnO4 при восстановлении ведет себя по-разному.
Опыт 2. Окислительно - восстановительная двойственность.
Ход работы:
В 2 пробирки с раствором Na2SO3 добавили 2-3 капли кислоты H2SO4. В первыю пробирку добавили раствор KJ по каплям до характерной окраски йода, добавили 2-3 капли крахмального клейстера. Во вторую пробирку добавили K2Cr2O7 до появления цвета.
Результаты опытов:
В первом случае раствор получился безцветный, во втором – фиолетовый.
1) Na2S+4O3 + H2SO4 + KJ - → S2- + J2 (безцветный→светло-желтый)
SO32- + 6H+ + 6e → S2- + 3H2O 1
2J - - 2e → J20 3
SO32- + 6H++ 6J - → S2- + 3H2O + 3J2
Na2SO3 + 3H2SO4 + 4KJ → K2S + 3H2O + 2J2 + Na2SO4 + 2K2SO4
При взаимодействии с кислотой восстановитель Na2SO3 ведет себя как окислитель.
2) K2Cr2+7O7 + Na2S+4O3 + H2SO4 → Cr3+ + SO42- (фиолетово-красн→зеленый)
SO32- + H2O – 2e → HSO3- + OH - 3
Cr2O7- + 14H+ + 6e → 2Cr3- + 7H2O 1
3SO32- + 3H2O + Cr2O7- + 14H+ → 3SO42- + 6H+ + 2Cr3+ + 7H2O
K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 → Na2SO3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O
При взаимодействии с сильным окислителем Na2SO3 ведет себя как восстановитель.
Вывод: Благодаря промежуточной степени окисления серы (+4) в ионе SO32-, он проявляет окислительно - восстановительную двойственность.
Опыт 3. Внутримолекулярное окисление – восстановление.
Ход работы:
На керамическую пластинку насыпали чайную ложку твердого дихромата аммония (NH4)2Cr2O7. Спичкой подожгли это вещество.
Результаты опытов:
В результате реакции происходило выделение теплоты, изменение окраски с оранжевого до темно-зеленого, чувствовался запах азота, подбрасывание кристалликов Cr.
(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + H2O
2Mn4+ + 6e → N20 + 8H - 1
Cr2O72- + 4H2O + 6e → Cr2O3 + 8OH 1
2NH4+ + Cr2O72- + 4H2O → N2 + 8H+ + Cr2O3 + 8OH-
(NH4)2Cr2O7 → N20 + Cr2O3 + H2O
Вывод: Реакция является необратимой, т. к. выделяется газ N2 и он уходит из зоны реакции.
