ЗАНЯТИЕ № 6 ОКИСЛИТЕЛЬНО

ЗАНЯТИЕ № 6
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.
Таблица 1
Основные понятия и определения
окислительно-восстановительных процессов
Понятия и определения
Степень окисления (окислительное число) – это условный заряд атома в соединении, вычисляемый из
допущения, что все связи в этом соединении являются ионными, и равный числу электронов, смещенных
от атома данного элемента (положительная степень
окисления) или к атому данного элемента (отрицательная степень окисления)
Примеры
+1 +7 –2
+1 +6 –2
K Mn O4 , H2 S O4,
–3 +1
N H3 ,
+1 +6 –2
K2 Cr2 O7
Восстановители – атомы, молекулы или ионы, от- о
Al – 3e = Al3+
дающие электроны;
процесс отдачи электронов называется окислением.
Процесс окисления сопровождается увеличением
степени окисления соответствующих элементов,
входящих в состав восстановителя
Окислители – атомы, молекулы или ионы, принио
_
мающие электроны;
Cl2 + 2e = 2Cl
процесс присоединения электронов называется восстановлением
Процесс восстановления сопровождается понижением степени окисления элементов, входящих в состав
окислителя
Соединения, в состав которых входят атомы элементов в своей максимальной положительной степени
окисления, могут только восстанавливаться, выступая в качестве окислителей
Соединения, содержащие элементы в их минимальной степени окисления, могут только окисляться,
выполняя функцию восстановителей
71
+6
+4
+5
K2Cr2O7, PbO2, HNO3
–2
–3
H2S, NH3
Продолжение табл. 1
Понятия и определения
Правила определения степени окисления атомов в
свободном состоянии и в химических соединениях:
1) степень окисления атомов в молекулах простых веществ равна нулю;
2) алгебраическая сумма степеней окисления
атомов в молекулах равна нулю, то есть молекула
электронейтральна;
3) степень окисления атомов в простых ионных соединениях для данного иона равна по знаку и
численному значению его электрического заряда;
4) алгебраическая сумма степеней окисления
атомов в ионах равна электрическому заряду данного иона;
5) металлы в своих соединениях проявляют
только положительные степени окисления;
6) постоянную степень окисления в соединениях проявляют:
металлы главной подгруппы 1 группы периодической системы элементов (+1);
металлы главной подгруппы 2 группы (+2);
фтор (–1);
водород во всех соединениях имеет степень
окисления, равную плюс один (+1); исключение составляют гидриды металлов, где из-за всегда положительной степени окисления металлов, степень
окисления водорода равна минус один (–1);
кислород в соединениях имеет степень окисления, равную минус два (–2); исключения составляют:
пероксиды – здесь кислород имеет степень
окисления, равную минус один (–1);
фторид кислорода – здесь кислород имеет степень окисления, равную плюс два (+2);
дифторид кислорода – здесь кислород имеет
степень окисления, равную плюс один (+1)
72
Примеры
0
0
0
0
F2, O3, Al, Cl2
+2 –1
Ca Cl2
1•(+2) + 1•(–1) = 0
+2
Ca
2+
–1
1–
,
Cl
+6 –2
2–
S O4
1•(+6) + 1•(–2) = –2
+2
+3
CoSO4, Fe2O3
+1
+1
LiCl, Na2SO4
+2
+2 –1
MgS, CaF2
+1
+1
+1
–1
HNO3, NH4OH, LiH,
+2 –1
CaH2
–2
–2
–2
FeO, CH3OH, H2SO4
–1
–1
H2O2, Na2O2
+2
OF2
+1
O2F2
Метод электронного баланса
Метод электронного баланса основан на сравнении степеней окисления
атомов в исходных веществах и продуктах реакции и предусматривает соблюдение правила: число электронов, отданных восстановителем, равно числу
электронов, принятых окислителем.
Сущность метода электронного баланса рассмотрим на примере составления уравнения окислительно-восстановительной реакции.
Пример. Определить коэффициенты в окислительно-восстановительной
реакции
H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
Основные этапы составления уравнения реакции:
1) определяются степени окисления элементов в соединениях, устанавливается окислитель и восстановитель:
+1 –1
+1 +7 –2
+1 +6 –2
0
+2 +6 –2
+1 +6 –2
+1 –2
H2 O2 + K Mn O4 + H2 S O4 → O2 + Mn S O4 + K2 S O4 + H2 O.
Из схемы реакции видно, что степень окисления кислорода повысилась
от –1 до 0, следовательно, H2O2 – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления марганца меняется от +7 до +2, следовательно,
KMnO4 – окислитель и в процессе реакции восстанавливается;
2) составляются электронные уравнения и находятся коэффициенты при
восстановителе и окислителе (основные коэффициенты), то есть составляется
электронный баланс:
–1
0
2 O – 2 e = O2
+7
5
+2
Mn + 5e = Mn
2
3) основные коэффициенты переносятся в уравнение реакции
5H2O2 + 2KMnO4 + H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + H2O;
4) из сопоставления левой и правой частей находятся коэффициенты для
остальных участников реакции в следующем порядке: сначала уравнивается
число атомов металлов, далее – число атомов неметаллов (кроме водорода), в
последнюю очередь уравнивается число атомов водорода.
Окончательно уравнение будет иметь вид
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O.
Для проверки правильности подобранных коэффициентов подсчитывается баланс атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.
73
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
Цель работы. Знакомство с окислительно-восстановительными реакциями, окислителями и восстановителями, влиянием среды на направление протекания окислительно-восстановительных реакций.
Опыт 1. Взаимодействие хлорида железа (ΙΙΙΙ) с иодидом калия
Налейте в пробирку 2-3 мл раствора хлорида железа (ΙΙΙ) и добавьте несколько капель растворов иодида калия и крахмального клейстера. Наблюдайте
появление синей окраски, указывающей на присутствие в растворе молекулярного йода:
FeCl3 + KI → FeCl2 + I2 + KСl.
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель.
Закончите уравнение реакции.
Опыт 2. Взаимодействие перманганата калия с сульфитом натрия в
различных средах
2.1. В кислой среде
В пробирку с 1-2 мл раствора перманганата калия KMnO4, подкисленного несколькими каплями серной кислоты (2 н. раствор), прилейте 4-5 мл раствора сульфита натрия Na2SO3. Наблюдается исчезновение фиолетовой окраски, характерной для аниона MnO4‾. Реакция протекает по схеме
KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель,
закончите уравнение реакции.
2.2. В нейтральной среде
В пробирку налейте 1-2 мл перманганата калия и добавьте 4-5 мл сульфита натрия. Выпадает бурый осадок диоксида марганца. Реакция протекает по
схеме
KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + Na2SO4 + KOH.
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель,
закончите уравнение реакции.
74
2.3. В щелочной среде
В пробирку налейте 1-2 мл перманганата калия, такое же количество концентрированного раствора КОН (20 %) и добавьте раствор Na2SO3.
KMnO4 + Na2SO3 + KOH → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель,
закончите уравнение реакции.
Сделайте вывод об изменении степени окисления марганца в перманганате калия в зависимости от реакции среды (кислая, нейтральная, щелочная) с одним и тем же восстановителем.
Опыт 3. Окислительно-восстановительные свойства пероксида
водорода
3.1. Взаимодействие пероксида водорода с иодидом калия
К 1-2 мл раствора иодида калия, подкисленного серной кислотой, добавьте такое же количество раствора пероксида водорода. Наблюдайте выделение
свободного йода:
KJ + H2O2 + H2SO4 → K2SO4 + J2 + H2O
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель,
закончите уравнение реакции.
3.2. Взаимодействие пероксида водорода с перманганатом калия
К подкисленному серной кислотой раствору перманганата калия прилейте по каплям раствор пероксида водорода, наблюдайте выделение кислорода:
KMnO4 + H2SO4 + H2O2 → MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O
Составьте электронные уравнения, укажите окислитель и восстановитель,
закончите уравнение реакции.
Укажите, какую роль выполняет пероксид водорода (окислителя или восстановителя) в опытах 3.1 и 3.2, сделайте вывод об окислительновосстановительных свойствах пероксида водорода.
75
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ N 5
Вариант 1
1. Из приведенных ионов обладает свойствами только окислителя:
1) Cr2O72−; 2) CrO2−; 3) Cr3+; 4) Cr2+
2. Используя метод электронного баланса, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:
Au + HNO3 + HCl → AuCl3 + NO + H2O
Коэффициент при HNO3 равен: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
Вариант 2
1. Из приведенных ионов проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства может:
1) Na+; 2) MnO4−: 3) ClO3−; 4) SO42−
2. Используя метод электронного баланса, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:
As + Cl2 + H2O → H3AsO4 + HСl
Коэффициент при Cl2 равен: 1) 2; 2) 5; 3) 8; 4) 10.
Вариант 3
1. Из приведенных ионов может быть только восстановителем:
1) Fe3+; 2) Cl−; 3) NO2−; 4) PO43−
2. Используя метод электронного баланса, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:
HJ + H2SO4 → J2 + H2S + H2O
Коэффициент при J2 равен: 1) 2; 2) 4; 3) 6; 4) 8.
Вариант 4
1. Из приведенных ионов может быть только окислителем:
1) Mn2+; 2) Mn3+; 3) MnO4−; 4) MnO42−
2. Используя метод электронного баланса, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:
HСlO3 → ClO2 + HClO4 + H2O
Коэффициент при HСlO3 равен: 1) 2; 2) 3; 3) 4; 4) 5
Вариант 5
1. Из указанных ионов проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства может:
1) SeO32−; 2) NO3−; 3) NH4+; 4) SO42−
2. Используя метод электронного баланса, рассчитайте стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:
S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O
Коэффициент при H2O равен: 1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 6
76