Окислительно-восстановительные процессы (стр. 1 )

Министерство образования и науки РФ

Бийский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. »

,

окислительно-восстановительные процессы

Методические рекомендации к лабораторным работам

по дисциплине «Химия» для студентов специальностей 151900, 160700,  100800, 170100, 190600, 151000, 270800, 240700

всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета им.

2012

  УДК 546 (075.5)

Рецензент: , к. х.н., доцент БТИ АлтГТУ.

Макрушина, Т. И., Паседкина, А. Н.

Окислительно-восстановительные процессы: методические  рекомендации к  лабораторным работам по  дисциплине «Химия» для студентов специальностей 151900, 160700,  100800, 170100, 190600, 151000, 270800, 240700  всех  форм  обучения / ,  ; Алт. гос. техн.  ун-т,  БТИ. – Бийск:  Изд-во Алт. гос.  техн. ун-та,  2012. – 31 с.

Методические рекомендации содержат теоретические сведения по теме окислительно-восстановительные реакции, описание порядка проведения лабораторной работы, задачи и тесты по данной теме.

УДК 546 (075.5)

  Рассмотрены и одобрены

  на заседании кафедры общей химии

  и экспертизы товаров.

                Протокол № 09 от  17.09.2012 г.

© ,   , 2012   © БТИ АлтГТУ, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………….	……..4
1 Теоретическая часть……………………………………………...	……..7
1.1  Окислительно-восстановительные реакции………………	……..7
1.2  Важнейшие окислители…………………………………….	……..9
1.3  Важнейшие восстановители………………………………..	.…...11
1.4 Классификация………………………………………………	……12
1.5 Составление уравнений……………………………………..	…....13
2 Экспериментальная часть………………………………………...	……19
3 Контрольные вопросы…………………………………………….	……21
4 Задачи для самостоятельного решения……………………….....	…21
5 Тесты……………………………………………………………….	……27
6 Техника безопасности…………………………………………….	……30
Литература…………………………………………………………..	……31

ВВЕДЕНИЕ

Химия играет важную роль в жизни современного общества. Химические знания образуют фундамент системы жизнеобеспечения, экологической безопасности человека. Наряду с такими глобальными проблемами химия решает и многие практические задачи.

Один из важных типов химических реакций – это окислительно-восстановительные реакции, в которых электроны переходят от одной частицы к другой. Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распро­странены в живой и неживой природе. С ними  связаны процессы обмена  веществ, протекающие в живом организме, гниение и  брожение, фотосинтез. К окислительно-восстановительным  процессам  относятся горение топлива, коррозия металлов, электролиз. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования энергии взаимодействующих химических веществ в электрическую энергию в гальванических и топливных  элементах.

В данных методических рекомендациях студентами будут освоены следующие общекультурные и профессиональные компетенции:

100800 Товароведение – владение культурой мышления, способность к восприятию информации, обобщению, анализу, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1); способность использовать знания основных законов естественнонаучных дисциплин для обеспечения качества и безопасности потребительских товаров (ПК-5); способность применять знания в области естественнонаучных и прикладных инженерных дисциплин для организации торгово-технологических процессов (ПК-6); знание методов идентификации, оценки качества и безопасности товаров и готовность использовать их для диагностики дефектов, выявления опасной, некачественной, фальсифицированной и контрафактной продукции (ПК-14);

151900 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств – способность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6); способность собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-5);

160700 Проектирование авиационных и ракетных двигателей –  творческое принятие основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); способность на научной основе  организовать свой труд, самостоятельно оценить результаты своей деятельности, владение навыками самостоятельной работы, в том числе в сфере проведения научных исследований (ПК-1);

170100 Боеприпасы и взрыватели – способность представить адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ПК-7); способность выявить естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-8);

151000 Технологические машины и оборудование – способность к целенаправленному применению базовых знаний в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в профессиональной деятельности (ОК-9); умение выбирать основные и вспомогательные материалы и способы реализации основных технологических процессов и применять прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения (ОК-11); умение применять современные методы для разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машин, приводов, систем, различных комплексов, машиностроительных технологий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий, умение применять способы рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов в машиностроении (ОК-12);

190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов –  готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3); использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); умение выбирать материалы для применения при эксплуатации и ремонте транспортных машин и транспортно-технологических комплексов различного назначения с учетом влияния внешних факторов и требований безопасной и эффективной эксплуатации и стоимости (ПК-10); владение умением проводить измерительный эксперимент и оценивать результаты измерений (ПК-20);

240700 Биотехнология – стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, приобретение новых знаний в области техники и технологии, математики, естественных, гуманитарных, социальных и экономических наук (ОК-7); владение  планированием эксперимента, обработкой и представлением полученных результатов (ПК-8);

270800 Строительство – использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Окислительно-восстановительные реакции

Протекание химических реакций в целом обусловлено обменом частицами между реагирующими веществами. Часто обмен сопровождается переходом электронов от одной частицы к другой. Так, при вытеснении цинком меди в растворе сульфата меди (II)

Zn (т) + CuSO4 (р) = ZnSO4 (p) + Cu (т)

электроны от атомов цинка переходят к ионам меди:

Zn (т) = Zn2+ (p) + 2e,

Cu2+ (р) + 2e  = Cu (т) ,

или суммарно: 

Zn (т) + Cu2+ (р) = Zn2+ (p)  + Cu (т).

Процесс потери электронов частицей называют окислением, а процесс приобретения электронов – восстановлением. Окисление и восстановление протекают одновременно, поэтому взаимодействия, сопровождающиеся переходом электронов от одних частиц к другим, называют окислительно-восстановительными реакциями.

Для удобства описания окислительно-восстановительных реакций используют понятие степени окисления – величины, численно равной формальному заряду, который можно приписать элементу, исходя из предположения, что все электроны каждой из его связей перешли к более электроотрицательному атому данного соединения. Протекание окислительно-восстановительных реакций сопровождается изменением степеней окисления элементов участвующих в реакции веществ. При восстановлении степень окисления элемента уменьшается, при окислении – увеличивается. Вещество, в состав которого входит элемент, понижающий степень окисления, называют окислителем, вещество, в состав которого входит элемент, повышающий степень окисления, называют восстановителем.

Степень окисления элемента в соединении определяют в соответствии со следующими правилами: 1) степень окисления элемента в простом веществе равна нулю; 2) алгебраическая сумма всех степеней окисления атомов в молекуле равна нулю; 3) алгебраическая сумма всех степеней окисления атомов в сложном ионе, а также степень окисления элемента в простом одноатомном ионе равна заряду иона; 4) отрицательную степень окисления проявляют в соединении атомы элемента, имеющего наибольшую электроотрицательность; 5) максимально возможная (положительная) степень окисления элемента  соответствует номеру группы, в которой расположен элемент в Периодической таблице .