Файл: lab_stud_OVR_2012.doc

Методические указания к занятию

По дисциплине «Неорганическая химия»

для студентов 1 курса, специальность 1-33 01 01-01 Биоэкология. Общая экология

Тема: окислительно-восстановительные реакции (овр)

После изучения темы студент должен знать:

1. Определение понятия «степень окисления», в чем отличие его от понятий «валентность», «заряд иона», «эффективный заряд»?

2. Какие процессы называются окислением и восстановлением?

3. Какие вещества и частицы проявляют свойства окислителей и восстановителей?

4. Что называется эквивалентом окислителя или восстановителя.

5. Что называется электродным потенциалом? Какова связь энергии Гиббса и электродного потенциала.

6. Как электродный потенциал зависит от концентрации, рН, комплексообразования, произведения растворимости? Уравнение Нернста.

7. В чем сущность электролиза растворов и расплавов солей и щелочей ?

8. Принцип работы гальванических элементов.

Уметь:

1. прогнозировать на качественном уровне продукты ОВ реакции (выносится на экзамен);

2. подбирать коэффициенты ОВР методом электронного баланса и ионно-электронным методом;

3. вычислять реальные потенциалы, используя таблицу стандартных потенциалов и уравнение Нернста;

4. определять направление окислительно-восстановительных реакций по электродвижущей силе реакции, пользуясь таблицами электродных потенциалов

5. Составлять схемы электролиза растворов и расплавов веществ

6. Составлять схемы работы гальванических элементов.

Интегрированные ключевые умения (выносятся на экзамен)

1. Прогнозирование на качественном уровне продукты ОВ реакции;

2. Определение направления окислительно-восстановительных реакций по изменению ЭДС.

3. Составление уравнений ОВР с подбором коэффициентов ионно-электронным методом

4. Составление схем электролиза и расчет по ним.

Задания для подготовки к занятиям

1. Выучить наизусть определение понятий (знания 1-6).

2. Разобраться и потренироваться в умениях (умения 1-6). Использовать для этого домашнее задание.

3. Подготовиться к выполнению лабораторного эксперимента, оформить опыты по примеру. Таблица.

Таблица. Пример оформления опытов по изучению химических свойств веществ

№ п/п	Название. Ход работы.	Т.Б	Результат	Объяснение. Уравнения реакции. Выводы.
		КМnO4 окислитнль-ожоговое действие	Обес цве чива ние	2КМnO4+5К2SO3+3H2SO4=6K2SO4+2МnSO4+ 3H2O
Вывод: Продукты в ОВР зависят от реакции среды

Обучающие задачи

1 Определить степень окисления в молекулах и частицах MnO2; k2MnO4; MnO4–; Mn2o3.

Решение

MnO₂: В молекулах суммарный заряд степеней окисления д.б. равен нулю, суммарная степень окисления двух атомов кислорода равна 2•(-2) = -4; поэтому марганец должен иметь степень окисления +4.

K₂MnO₄: Суммарная степень окисления четырех атомов кислорода 4•(-2) = -8, поэтому вся остаточная часть должна иметь суммарную степень окисления +8, т.к. два атома калия имеют суммарную степень окисления +2, то на марганец остается +8 – 2 = +6, т.е.Mn⁺⁶, или алгебраически:

+2 + х + (-8) = 0; х = +6, или:

(-2) • 4 = (8); – 8 => +8; 8 – 2 = 6; 6 1 = (+6)

MnO₄^–: Суммарная степень окисления иона равна его заряду, поэтому, обозначив степень окисления марганца за «Х», имеем:

–1 = х + (4•(-2); -1 = х – 8; х = +7

Формальная степень окисления марганца здесь +3; однако, такая степень окисления не характерна для него, поэтому следует подумать о том, что это сложный оксид

MnOMnO₂где степень окисления соответственно +2 и +4.

Составить окислительно-восстановительный ряд хлора, определить роль хлора с различной степенью окисления в ОВР.

Решение

Электронная конфигурация валентного слоя хлора 3s²3p⁵3d⁰;

т.к. атом может принять один электрон, то минимальная степень окисления Cl^–1, при возбуждении получается 1, 3, 5, 7 неспаренных электронов, которые атом может отдать, поэтому степень окисления может бытьCl⁺¹,Cl⁺³,Cl⁺⁵,Cl⁺⁷. Окислительно-восстановительный ряд хлора:

Cl^-1,Cl₂⁰,Cl⁺¹,Cl⁺³,Cl⁺⁵,Cl⁺⁷,

т.к. Cl^-1может только повышать степень окисления, тоCl^-является тольковосстановителем (подчеркнутая буква «в»- мнемоническое правило для запоминания).Cl⁺⁷может только уменьшать степень окисления, поэтому он проявляет только окислительные свойства. Остальные атомы хлора проявляют и окислительные и восстановительные свойства.

2. Определить роли в окислительно-восстановительных реакциях веществ: PbO2, h2o2, hno3, h2so3, h2Se.

Решение

Степень окисления свинца +4. Это максимальная степень окисления, поэтому PbO₂проявляет только окислительные свойства.

Кислород пероксида водорода может уменьшать степень окисления с О^-1до О^-2(Н₂О), а может увеличивать до нуля (О₂).

Н₂О₂+ 2Н⁺+ 2ē= 2Н₂О

О₂+ 2Н⁺+ 2ē= Н₂О₂

Поэтому пероксид водорода проявляет окислительные и восстановительные свойства в зависимости от реагента.

Степень окисления азота N⁺⁵ в азотной кислоте максимальная. Азотная кислота проявляет только окислительные свойства.

Сера в H₂SO₃ находится в степени окисления +4, это промежуточная степень окисления, сернистая кислота проявляет и окислительные и восстановительные свойства.

Селен в H₂Se находится в степени окисления (–2), поэтому H₂Se обладает только восстановительными свойствами.

3. Определить эквиваленты веществ в следующих процессах:

а) MnО₄^– + 2H₂O + 3ē = MnO₂ + 4OH^–

б) превращение KI  I₂

Решение

Эквивалентом окислителя (или восстановителя) называется такое его количество, которое присоединяет (или освобождает) 1 моль электронов.

а) Составим пропорцию:

1 Моль MnO4–присоединяет 3ē

х моль MnO₄^–присоединяет 1ē;

отсюда: 1/х = 3/1; х = 1/3, эквивалент MnO₄^–в данном процессе равен 1/3.

б) 2I^-- 2ē=I₂⁰;

2Моль I-освобождает 2 мольē

х моль I^-освобождает 1 мольē,

отсюда 2/х = 2/1; х = (2 1)/2 = 1, эквивалентKIв данном процессе равен 1.

4. Закончить уравнение реакций

а) HBr+KMnO₄MnBr₂+

б) KI+KNO₂+CH₃COOHNO+

в) P₂O₃+H₂OPH₃+

г) As₃O₃^3-+I₂+H₂OAsO₄^3- +

Решение

а) т. к. бром находится в минимальной степени окисления -1, то он может повысить степень окисления до 0 (Br₂), марганец находится в максимальной степени окисления, может понизить свою степень окисления, т.к. среда кислая, то доMn²⁺, который связывает ионыBr^–, образуется также вода

HBr + KMnO₄  MnBr₂ + Br₂ + H₂O + KBr

б) азот был в степени окисления +3, понизил степень окисления до +2(NO), поэтомуI^-должен только повысить степень окисления, обычно доI₂

KI + KNO₂ + CH₃COOH  I₂ + NO + CH₃COOH + H₂O

в) фосфор изменяет степень окисления с +3 до –3. Другие элементы в данной реакции не измменяют степень окисления. Поэтому фосфор должен повысить степень окисления до +5, продукты:

P₂O₃+H₂O PH₃ + H₃PO₄

г) мышьяк меняет степень окисления с +3(AsO₃^3-) до +5(AsO₄^3-). Иод тогда должен понизить степень окисления до –1(I^-). Продукты:

As₃^-+I₂+H₂OAsO₄^3-+ 2I^– _,

или в молекулярном виде:

K₃AsO₄ + I₂ + H₂O  K₃AsO₄ + HI.

Умение 6. Подобрать коэффициенты в уравнениях (умения 5 ).

а) HBr + KMnO₄  MnBr₂ + Br₂ + H₂O + KBr

Умения 6– см. обучающие задачи в [5].

Задания для самостоятельной домашней работы

Теория. [1], [2], [3]- стр. 164-173;

Задачи. [3]- стр. 173. № 5(4, 7, 9);7(4,5) ,[5] 643, 651, 683, 685, 688,691

Химический эксперимент

Опыт 1.Описание в [3] стр. 298 оп.(6.б)

Для реакций взаимодействия перманганата калия с сульфитом калия в кислой, нейтральной и щелочной среде снять по таблице показания электродных потенциалов данных систем и определить в какой среде система марганца будет иметь самые сильные окислительные свойства.

1. Опыт 2. Описание [3] Стр. 282. Опыт 1.а. Использовать кроме сульфата меди дополнительно раствор иодистого калия. Составить схемы электролиза этих растворов.