ХИМИЯ Лекция 06 Окислительно

ХИМИЯ
Лекция 06
Окислительно-восстановительные
реакции
Е.А. Ананьева, к.х.н., доцент,
кафедра «Общая Химия» НИЯУ МИФИ
Окислительно-восстановительные
реакции (ОВР)
Окислительно-восстановительные
реакции (ОВР)
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Основные понятия
Окислительно-восстановительные
реакции
При определении степени окисления атома в
соединении ВАЖНО ЗНАТЬ:
степень окисления атомов в простых веществах равна
нулю;
степень окисления металлов главных подгрупп I, II и III
группы в их соединениях равна номеру группы (+1, +2,
+3),
фтора - -1;
степень окисления кислорода равна -2 (в большинстве
случаев, кроме пероксидов (-1) и OF2(+2))
Окислительно-восстановительные
реакции
При определении степени окисления атома в
соединении ВАЖНО ЗНАТЬ:
степень окисления водорода, связанного с
неметаллами, равна +1, а связанного с металлами равна
-1;
сумма модулей максимальной и минимальной степеней
окисления неметаллов равна 8;
сумма степеней окисления всех атомов в
электронейтральных молекулах равна нулю, а в ионах их заряду.
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.1.
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.2 Уравняйте реакцию методом электронного баланса.
Укажите окислитель и восстановитель.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
Решение примера 6.2 (продолжение)
Окислительно-восстановительные
реакции
Решение примера 6.2. (продолжение)
+6
+3
+3
+5
K2Cr2O7 + NaNO2 + H2SO4  Cr2(SO4)3 + NaNO3 + K2SO4
+H2O
2Cr+6 + 6e  2Cr+3
N+3 – 2e  N+5
x1
x3
K2Cr2O7 + 3NaNO2 + 4H2SO4  Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + K2SO4 +4H2O
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.3. Уравняйте реакцию методом электронно-ионного баланса.
Укажите окислитель и восстановитель.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
РОЛЬ СРЕДЫ
ОВР зависят от характера среды (pH), в которой они
протекают. В некоторых случаях среда изменяет даже
направление процесса.
Для создания в растворе кислой среды обычно
используют разбавленную серную кислоту. Соляная и
азотная применяются реже, так как соляная кислота
способна окисляться, а азотная кислота сама является
сильным окислителем и потому может вызывать
побочные процессы.
Для создания щелочной среды используют главным
образом NaOH или KOH.
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Реакции в щелочной среде
В щелочной или нейтральной среде катионы металлов, дающие
нерастворимые в воде гидроксиды, образуют соответствующие
гидроксиды (или оксиды, если они более устойчивы):
Окислительно-восстановительные
реакции
Реакции в щелочной среде
Ионы металлов (двух-, трех- и четырехзарядные), способные давать
амфотерные гидроксиды, образуют в щелочной среде соли своих кислот:
Окислительно-восстановительные
реакции
Нередко в молекуле восстановителя атомы с положительной и
отрицательной степенью окисления одновременно отдают
электроны. В таких случаях находят сумму электронов, отдаваемых
всеми атомами одной молекулы восстановителя:
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Типичные окислители и
восстановители
Типичные окислители и
восстановители
Типичные окислители и
восстановители
Окислители (+e-)
3. Сложные ионы и молекулы, содержащие
атомы металла в состоянии высшей
степени окисления:
,
из которого они стремятся перейти в
состояние с меньшей степенью
окисления (
) или в
состояние с нулевой степенью окисления
(
).
Восстановители (-e-)
3. Катионы металлов в низшей степени
окисления. К ним относятся такие ионы
металлов, которые при взаимодействии с
сильными
окислителями
могут
еще
повышать свою степень окисления:
Sn2+, Fe2+, Cr2+, Mn2+ и др.
Типичные окислители и
восстановители
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислительно-восстановительная двойственность
пероксида водорода H2O2
O2 0
2e- - H2O2-1 + 2eвосстановитель
H2O-2
окислитель
Взамодействие с типичным окислителем
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
восстановитель
Взаимодействие с типичным восстановителем
H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O
окислитель
Окислительно-восстановительные
реакции
Восстановители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Восстановители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
UO2SO4 + Zn + 2H2SO4 → U(SO4)2 + ZnSO4 + 2H2O
2U(SO4)2 + Zn → U2(SO4)3 + ZnSO4
Окислительно-восстановительные
реакции
Восстановители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Восстановители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Восстановители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
•
•
•
• H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2НI
Li[AlH4] + 4H2O = LiOH + Al(OH)3↓ +4H2↑
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑;
UF6+H2  UF4↓+2HF;
2H 2 + GeO2  2H2O + Ge
UF4+2Ca  U + 2CaF2
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.4. Составьте уравнения реакций взаимодействия перманганата
калия с сульфитом натрия в кислой, нейтральной и щелочной средах.
Решение.
В кислой среде
Окислительно-восстановительные
реакции
Решение примера 6.4 (продолжение).
В нейтральной среде
В щелочной среде
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.5 Составьте уравнения реакции взаимодействия дихромата
калия с сероводородом в среде серной кислоты.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.6. Составьте уравнения реакции взаимодействия
концентрированной азотной кислоты с медью и разбавленной кислоты
с магнием.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.7. Составьте уравнения реакции взаимодействия
концентрированной серной кислоты с медью и магнием.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
Пример 6.8 Составьте уравнения реакции взаимодействия
концентрированной серной кислоты с медью и магнием.
Решение.
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
Окислительно-восстановительные
реакции
Окислители, имеющие большое значение
в технике и лабораторной практике
2FeSO4 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O
KNO2 + H2O2 = KNO3+ H2O
4HCl + HNO3 + Au = H [AuCl4] + NO+ 2H2O
18HCl + 4HNO3 + 3Pt = 3H2 [PtCl6] + 4NO+ 8H2O
18HCl + 4HNO3 + 3Pd = 3H2 [PdCl6] + 4NO+ 8H2O
!!! 3HCl + HNO3 = 2Cl + NOCl + 2H2O
ХИМИЯ
Лекция 06
Домашнее задание
Окислительно-восстановительные реакции
Е.А. Ананьева, к.х.н., доцент,
кафедра «Общая Химия» НИЯУ МИФИ
Домашнее задание 6.1
6.1.1. Какой степенью окисления не может обладать кислород:
a)–1;
b)–2;
c)+2;
d)0
e)+1?
6.1.2. Запишите следующие соединения марганца в порядке
возрастания его степени окисления: MnSO4; KMnO4; MnO2; K 2MnO4.
Домашнее задание 6.2
6.2.1. Определите степени окисления элементов в соединениях:
Fe3O4; Pb3O4; BaO2; NH3; K 2Cr 2 O7.
6.2.2. Установите соответствие между схемой химической реакции и
изменением степени окисления восстановителя:
Домашнее задание 6.3
6.3.1. Какая реакция относится и к внутримолекулярным реакциям и к реакциям
контрпропоционирования?
a. 2KClO3  3O2 + 2KCl
b. 3HNO2  HNO3 + 2NO + H2O
c. NH4NO3  N2O + 2H2O
d. 2AgNO3  2Ag + 2NO2 + O2
6.3.2. В реакции, уравнение которой
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO,
фосфор
a. окисляется
b. восстанавливается
c. принимает электроны
d. не изменяет степень окисления
6.3.3. Какие соединения могут вступать в реакцию диспропорционирования?
a. CuCl2;
b. AuCl;
c. H2O2
d. Cl2
e. Na2S
Домашнее задание 6.4
6.4.1. Среди перечисленных веществ укажите те, которые в окислительновосстановительных реакциях могут выступать только в роли окислителя:
a. Zn,
b. K2Cr2O7,
c. KI,
d. H2SO4(конц),
e. MnO2
6. 4.2. Среди перечисленных веществ укажите те, которые в окислительновосстановительных реакциях могут выступать только в роли
восстановителя:
a. Na,
b. K2MnO4,
c. KBr,
d. K2SO3,
e. Al(NO3)3
Домашнее задание 6.5
6.5.1. Среди перечисленных веществ укажите те, которые в окислительновосстановительных реакциях могут выполнять двойственную роль, т.е.
выступать как в роли восстановителя, так и в роли окислителя в зависимости
от второго реагента:
a. Ca,
b. С12,
c. K2Cr2O7,
d. H2O2,
e. Na2SO3,
f. Mn2O7
6.5.2. Восстановительные свойства соединение железа проявляет в реакции:
a. FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O
b. Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O
c. 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
d. FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl
Домашнее задание 6.6
6.6.1. Химический элемент натрий не является восстановителем в реакции
a. 2Nа+Сl2=2NаСl
b. NаОН+НСl=NaCl+Н2О
c. 2Nа+2Н2О=2NаОН + Н2
d. 2Nа + О2 = Na2O2
6.6.2. Объясните появление пузырьков газа в растворе пероксида водорода.
6.6.3. Объясните, какую роль играет пероксид водорода при реставрации
картин, написанных масляными красками?
Домашнее задание 6.7
6.7.1. На основе анализа свойств вещества, вступающего в реакцию с Н 2О2,
определить роль пероксида в реакциях:
a. Н2О2+ КI + H2SO4
b. Н2О2 + KMnO4+ H2O
c. Н2О2 + FeSO4 + H2SO4
d. Н2О2 + Fe(OH) 2 
e. H2O2 + PbS 
f. H2O2 + KNO2 
g. H2O2 + Ag2O 
6.7.2. Запишите уравнения реакций, укажите их тип и объясните различия в их
протекании.
HС1 + H2SO4(конц) 
HBr + H2SO4(конц) 
HI + H2SO4(конц) 
6.7.3. Напишите реакции, которые использовал Нильс Бор, чтобы сохранить
свою Нобелевскую золотую медаль во время оккупации Дании во второй мировой
войне. После войны, вернувшись из США в Данию , Бор получил свою медаль в
первозданном виде. Как ему это удалось?
Домашнее задание 6.8
Смесь хрома, меди и алюминия обработали концентрированной
азотной кислотой. Выделившийся газ занял объем 5,6 л (н.у.). Такое
же
количество
смеси
обработали
без
доступа
воздуха
концентрированной соляной кислотой. Объем выделившегося газа
составил 5,6 л (н.у.). Солянокислый раствор может поглотить 0,56 л
(н.у.) кислорода. Определите состав смеси и ее массу.
Домашнее задание 6.9
Допишите окислительно-восстановительную реакцию и расставьте
коэффициенты с использованием метода электронного баланса. Запишите
ионно-молекулярные уравнения реакций. Укажите окислитель и
восстановитель.
Zn + HNO3 (разб.)…
K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 …
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 …
Cu + HNO3 (разб)  + …
K2Cr2O7 + Н2О2+ H2SO4  …
KMnO4 + NaNO2 + H2O  …
KMnO4 + HBr  …
Ag + HNO3 (разб)  …
KMnO4 + H2S+ H2SO4  …
K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 …
KMnO4 + NaNO2 + KOH  …
NaBr + MnO2 + H2SO4 …
KClO3 + FeSO4 + H2SO4 …
Лекция закончена