Окислительно-восстановительные процессы (стр. 4 )

1. Записывают формулы реагентов и продуктов реакции в молекулярном виде:

FeCl3 + H2S → FeCl2 + S + HCl;

2. Определяют степени окисления атомов, меняющих ее в процессе реакции: 

  +3  0  +2

3. По изменению степеней окисления устанавливают число электронов, отдаваемых восстановителем, и число электронов, принимаемых окислителем, и составляют электронный баланс с учетом принципа равенства числа отдаваемых и принимаемых электронов:

  +3  +2

2∙| Fe +1e = Fe

  -2  0

1∙| S – 2e = S

4. Множители электронного баланса записывают в уравнение окислительно-восстановительной реакции как основные стехиометрические коэффициенты:

2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + S + HCl

5. Подбирают стехиометрические коэффициенты остальных участников реакции:

2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl.

При составлении уравнений следует учитывать, что окислитель (или восстановитель) могут расходоваться не только в основной окислительно-восстановительной реакции, но и при связывании образующихся продуктов реакции, т. е. выступать в роли среды и солеобразователя. Примером, когда роль среды играет окислитель, служит реакция окисления металла в азотной кислоте, составленная методом электронно-ионных полуреакций:

Cu + HNO3(разб) →...

Cu + NO3- + H+ → ...

3∙|Cu – 2e= Cu2+

2∙|NO3- + 4H+ + 3e = NO + 2H2O

3Cu + 2NO3- + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

3Cu + 2HNO3(окислитель) + 6HNO3(среда)  = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

или 

3Cu + 8HNO3(разб)  = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Примером, когда восстановитель является средой, в которой протекает реакция, служит реакция окисления соляной кислоты дихроматом калия, составленная методом электронного баланса:

HCl + K2Cr2O7 → CrCl3 + Cl2 + KCl  + H2O

H + K22O7 + HCl →Cl3 + 2 + KCl  + H2O

6∙|– 1e =

2∙| + 3e =

6 HCl(восстановитель) + K2Cr2O7 + HCl(среда) → 2CrCl3 + 3Cl2 + KCl  + H2O

6 HCl + K2Cr2O7 + 8HCl = 2CrCl3 + 3Cl2 +2 KCl  + 7H2O

или 

14HCl + K2Cr2O7  = 2CrCl3 + 3Cl2 +2 KCl  + 7H2O

При расчете количественных, массовых и объемных соотношений участников окислительно-восстановительных реакций, используют основные стехиометрические законы химии, и, в частности, закон эквивалентов, учитывая, что число эквивалентности окислителя равно числу электронов, которые принимает одна формульная единица окислителя, а число эквивалентности восстановителя равно числу электронов, которые отдает одна формульная единица восстановителя.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Цель работы – ознакомление с основными закономерностями процессов окисления и восстановления, освоение методик составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, изучение окислительно-восстановительных свойств соединений.

Опыт 1. Вытеснение металлов из солей другими металлами.

Железную проволоку или железный гвоздь опустить в пробирку с раствором сульфата меди на 1-2 минуты. Вынуть. Сполоснуть водой. Обратить внимание на происходящее явление и написать уравнение реакции.

Внимание: После опыта слейте  растворы в емкость «для слива».

Вопросы и задания:

1. Опишите наблюдаемое явление.

2. Напишите уравнения химических реакции и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

3.Сделайте выводы.

Опыт 2. Окисление азотной кислотой.

В пробирку положить несколько кусочков медной стружки и прилить разбавленной азотной кислоты.

Вопросы и задания:

1. Опишите наблюдаемое явление.

2. Напишите уравнение химических реакции и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

3. Сделайте выводы.

Опыт 3.  Окислительные свойства MnO4-  в различных  средах.

а) Проведите реакцию между сульфатом железа (соль-Мора), перманганатом калия в кислой среде – добавьте серной кислоты. Что наблюдаете?

FeSO4 + KMnO4 +H2S O4  → K2S O4 + Fe2(S O4)3 + MnSO4  +H2O

б) Проведите реакцию между  сульфатом железа и  перманганатом калия в щелочной среде. В чем разница между этими реакциями? В какой среде Mn7+ проявляет большие окислительные свойства?

FeSO4 + KMnO4 +KOH  → K2SO4 + Fe(OH)3 + К2MnO4

Вопросы и задания:

1. Опишите наблюдаемое явление.

2. Напишите уравнение химических реакции и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

3. Как влияет среда на состав продуктов реакции?

4. Напишите выводы.

Опыт 4. Окислительно-восстановительные свойства  хрома в высших и низших степенях окисления.

а) восстановление Cr6+ → Cr3+

К раствору KI прилейте разбавленной серной кислоты и раствор бихромата калия.

KJ + H2SO4 + K2Cr2O7 → Cr2 (SO4)3  + K2SO4 + J2 + H2O

  б) окисление  Cr3+ → Cr6+

К раствору сульфата хрома прилейте раствор щёлочи KOH до растворения осадка, затем добавьте раствор перманганата калия. Нагрейте.

Cr2 (SO4)3 +KOH + KMnO4 → K2SO4 +K2CrO4 + MnO2 + H2O

Вопросы и задания:

1. Опишите наблюдаемое явление.

2. Напишите уравнение химических реакций и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

3. Приведите примеры веществ, проявляющих, как свойства окислителя, так и восстановителя.

4. Напишите выводы.

3 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие реакции называются окислительно-восстановитель-ными?  Приведите примеры.

2. Какой процесс называют окислением? Какое вещество называют восстановителем?

3. Какой процесс называют восстановлением? Какое вещество называют окислителем?

4. Назовите важнейшие окислители и восстановители.

5. Какие виды окислительно-восстановительных реакций существуют?

6. Методика проведения работы

7. Техника безопасности при проведении лабораторной работы.

4 ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Исходя из степени окисления хлора в соединениях HCl, HClO3, HClO4, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое из них может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Объясните почему соединение отнесли к данной группе? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

KBr + KBrO3 + H2SO4 → Br2 + K2SO4 + H2O

2. Реакции выражаются схемами

Р + HIO3 + H2O → H3PO4 + HI

H2S + Cl2 + H2O → H2SO4 + HCl

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях: As3- → As5+; N3+ → N3-; S2- → S0.

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

Na2SO3 + KMnO4 + H2O → Na2SO4 + MnO2 + KOH

4. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН3, Н3РО4, Н3РО3, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Объясните почему соединение отнесли к данной группе? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: PbS + HNO3 → S + Pb(NO3)2 + NO + H2O

5. См. условие задачи 2.

P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO

KMnO4 + Na2SO3 + KOH → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

6. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

Mn6+ → Mn2+; Cl5+ → Cl-; N3- → N5+

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

Сu2O + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O + NO

7. См. условие задачи 2.

HNO3 + Ca → NH4NO3 + Ca(NO3)2 + H2O

K2S + KMnO4 + H2SO4 → S + K2SO4 + MnSO4 + H2O

8. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K2Cr2O7, KI и H2SO3, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Объясните почему соединение отнесли к данной группе? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

NaCrO2 + PbO2 + NaOH → Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O

9. См. условие задачи 2.

H2S + Cl2 + H2O → H2SO4 + HCl

K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

10. См. условие задачи 2.

KClO3 + Na2SO3 → KCl + Na2SO4

KMnO4 + HBr → Br2 + KBr + MnBr2 + H2O

11. См. условие задачи 2.

P + HClO3 + H2O → H3PO4 + HCl

H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 → H3AsO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

12. См. условие задачи 2.

NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O

FeS + HNO3 → Fe(NO3)2 + S + NO + H2O

13. См. условие задачи 2.

HNO3 + Zn → N2O + Zn(NO3)2 + H2O

FeSO4 + KClO3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + KCl + H2O

14. См. условие задачи 2.

K2Cr2O7 + HCl → Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O

Au + HNO3 + HCl → AuCl3 + NO + H2O

15. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) NH3 и KMnO4; б) HNO2 и HI; в) HCl и H2Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: