Общая химия (стр. 32 )

Решение. 1) Гидролиз NaзРO4 протекает ступенчато (в три ступени), причем главным образом по первой ступени. В результате реакции по первой и второй ступеням образуются кислые соли.

Первая ступень: а) уравнение гидролиза в сокращенной ионной форме:

б)        уравнение гидролиза в ионной форме:

в)        уравнение гидролиза в молекулярной форме:

Вторая ступень:

Третья ступень:

В результате реакции гидролиза концентрация гидроксид ионов в растворе превышает концентрацию ионов водорода, следовательно, рН >7.

2) Гидролиз Сu(NOз)2 протекает ступенчато и главным образом по первой ступени, причем образуется основная соль.

Первая ступень:

Вторая ступень:

в результате гидролиза концентрация ионов водорода в растворе превышает концентрацию гидроксид-ионов, следовательно, рН < 7.

3) Соль КС1, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, рН 7.

Задача 2. Пробирку с раствором хлорида цинка нагрели и поместили в нее предварительно зачищенный кусочек цинка. Какой газ выделяется при этом? Напишите уравнения реакций.

Решение. Нагревание приводит к смещению равновесия в растворе в сторону продуктов гидролиза:

Образующиеся ионы водорода взаимодействуют с металлическим цинком:

Увеличение концентрации ионов цинка приводит к смещению равновесия в реакции гидролиза в сторону продуктов.

Глава 7. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. ЭЛЕКТРОЛИЗ

§7.1. Теория окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения сте­пени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Например:

Как видно, степень окисления каждого из атомов до и после реакции осталась без изменения. Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ. Например:

Здесь в первой реакции атомы хлора и кислорода, а во второй — атомы брома и хлора изменяют степень окисления.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов,

входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

Изменение степени окисления связано с оттягиванием или перемещением электронов. Окислительно-восстановительные реакции — самые распространенные и играют большую роль в природе и технике. Они являются основой жизнедеятельности. С ними связаны дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез в зеленых частях растений. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе, с их помощью получают аммиак, щелочи, азотную, соляную и серную кислоты и многие другие ценные продукты. Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую — в гальванических элементах и аккумуляторах. Они же лежат в основе мероприятий по охране природы. Поэтому эти реакции преобладают и в школьном курсе неорганической химии. Рассмотрим основные положения теории окислительно - восстановительных реакций.

1.Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Например:

При окислении степень окисления повышается.

2.Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Например:

При восстановлении степень окисления понижается.

3.Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются - Так как атомы, молекулы и ионы входят в состав определенных веществ, то и эти вещества соответственно называются восстановителями или окислителями.

3.Окисление всегда сопровождается восстановлением, и наоборот, восстановление всегда связано с окислением, что можно выразить уравнениями:

Поэтому окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов — окисления и восстановления.

Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.

При этом, независимо от того, переходят ли электроны с одного атома на другой полностью или же лишь частично оттягиваются к одному из атомов, условно говорят только об отдаче и присоединении электронов. Процессы окисления и восстановления можно физически отделить друг от друга и осуществить перенос электронов по внешней электрической цепи. Пусть в стакан 2 налит раствор иодида калия. (рис. 7.1), а в стакан 4 — раствор хлорида железа (III) РеС. Растворы соединены между собой так называемым «электролитическим ключом» 3, и-образной трубкой, заполненной раствором хлорида калия КС1, обеспечивающим

ионную проводимость. В растворы опущены платиновые электроды 1 и 5. Если замкнуть цепь, включив в нее чувствительный амперметр, то по отклонению стрелки можно будет наблюдать прохождение электрического тока и его направление. Электроны перемещаются от электрода с раствором иодида калия к электроду с раствором хлорида железа (III), т. е. от восстановителя — ионов — к окислителю —ионам Fе3+. При этом окисляются до молекул иода I2, а ионы Fе3+ восстанавливаются до ионов железа (II) Fе2+. Через некото­рое время продукты реакций можно обнаружить характер ми реакциями: иод — раствором крахмала, а ионы Fе2+ — раствором гексациано-(II)феррата калия (красной кровяной соли) Кз[Fе(СN)6].

Приведенная на рис. 7.1 схема представляет собой гальванический элемент, построенный на основе окислительно-восстановительной реакции. Он состоит из двух палумементов: в первом протекает процесс окисления восстановителя:

а во втором — процесс восстановления окислителя:

Поскольку эти процессы протекают одновременно, то, умножив последнее уравнение на коэффициент 2 (для уравнивания числа отданных и присоединенных электронов) и суммируя почленно приведенные уравнения, получим уравнение реакции:

Всякая окислительно-восстановительная реакция может служить источником электрического тока, если она протекает в гальваническом элементе.

§ 7.2. Важнейшие восстановители и окислители

Восстановители и окислители могут быть как простыми веществами, т. е. состоящими из одного элемента, так и сложными.

В соответствии с их местом в периодической системе элементов, атомы большинства металлов содержат на внешнем энергетическом уровне 1—2 электрона. Поэтому в химических реакциях они отдают валентные электроны, т. е. окисляются. Металлы обладают восстановительными свойствами.

В периодах с повышением порядкового номера элемента восстановительные свойства простых веществ понижаются, а окислительные возрастают и становятся максимальными у галогенов. Так, например, в восьмом периоде натрий — самый активный периоде восстановитель, а хлор — самый активный в периоде окислитель.

У элементов главных подгрупп с повышением порядкового номера усиливаются восстановительные свойства и ослабевают окислительные. Лучшие восстановители — щелочные металлы, а наиболее активные из них Fr и Сs. Лучшие окислители — галогены. Элементы главных подгрупп IV—VII групп (неметаллы) могут, как отдавать, так и принимать электроны и проявлять восстановительные и окислительные свойства. Исключение составляет фтор. Он проявляет только окислительные свойства, так как обладает наибольшей относительной электроотрицательностью (см. табл. 2.2).

Элементы побочных подгрупп (четных рядов больших перио­дов) имеют металлический характер, так как на внешнем уровне их атомов содержится 1—2 электрона. Поэтому их простые вещества являются восстановителями. Таким образом, в отличие от простых веществ металлов, выступающих в роли восстановителей, простые вещества — неметаллы проявляют себя и как окислите­ли, и как восстановители.

Окислительные или восстановительные свойства сложных веществ зависят от степени окисления атома данного элемент-

+7 +4 +2

та. Например, КМn04, Мn02, Мn504. В первом соединении марганец имеет максимальную степень окисления и не может ее больше повышать. Он может только принимать электроны, а значит, КМп04 может быть только окислителем. В третьем соединении у марганца низшая степень окисления — оно может быть только восстановителем. Во втором соединении марганец с промежуточной степенью окисления (+4), а потому оно может быть и восстановителем и окислителем; все зависит от условий протекания реакции и веществ, с которыми будет взаимодействовать МnО2.

Сложные анионы, содержащие атомы с высокой степенью