Занятие 1. 1. 1

Модульная единица 1.1. Основы химической термодинамики и кинетики, свойства растворов, редокс-процессы

ТЕМА: Окислительно – восстановительные реакции. Электродные процессы.

ЦЕЛЬ: Закрепить школьные знания по окислительно - восстановительным реакциям, обсудить их значение для медицины. Изучить основы электрохимии.

ЗНАТЬ:

1. Окислительно – восстановительные реакции. Степень окисления. Классификацию окислительно– восстановительных реакций.

2. Окислители и восстановители. Процесс окисления и восстановления.

3. Электролиз. Электролиз расплавов. Процесс на катоде и на аноде.

4. Электролиз растворов на инертных электродах. Электродные процессы на катоде и на аноде. Суммарное уравнение процесса. Закон Фарадея.

5. Гальванические элементы. Элемент Даниэля – Якоби. Строение. Краткая запись.

6. Процессы на катоде и на аноде. ЭДС гальванического элемента. Электродные потенциалы. Формула Нернста.

7. Определение электродных потенциалов. Водородный электрод. Формула Нернста. Ряд напряжения металлов.

8. Аккумуляторы. Примеры. Процессы при работе свинцового аккумулятора.

9. Электрохимическая коррозия. Анодное и катодное покрытие.

УМЕТЬ:

1. Анализировать информацию, используя учебную и справочную литературу.

2. Методом электронного баланса подбирать коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях.

3. Записывать процессы, протекающие на электродах при электролизе расплавов, растворов солей, кислот и щелочей.

4. Рассчитывать электродвижущую силу (ЭДС) гальванических элементов.

ВЛАДЕТЬ:

1. Навыками самостоятельной работы с учебной и справочной литературой

ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Окислительно – восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции протекающие с изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степенью окисления элемента в соединении называют формальный заряд атома элемента, вычисленный из предположения, что валентные электроны переходят к атомам с большей относительной электроотрицательностью (ОЭО) и все связи в молекуле соединения являются ионными.

Степень окисления элемента указывается вверху над символом элемента со знаком «+» или (–) перед цифрой. Степень окисления элемента рассчитывается из положения, что сумма степеней окисления элементов в соединении равна нулю.

В окислительно – восстановительных реакциях протекают два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление. Вещества, атомы или ионы, которые отдают электроны, называются восстановителями, процесс отдачи электронов называется окислением. Таким образом, восстановители в ОВР окисляются. Алгебраическая величина степени окисления восстановителя повышается. Вещества, атомы или ионы которых присоединяют электроны, называются окислителями, процесс присоединения электронов называется восстановлением. Окислители в ОВР восстанавливаются. В результате процесса восстановления алгебраическая величина степени окисления окислителя понижается.

Важнейшими восстановителями являются:

а) все простые вещества металлы, наиболее активные восстановители – щелочные и щелочноземельные металлы.

б) сложные вещества, молекулы, которых содержат элементы в низшей степени окисления – метан CH₄, силан SiH₄, аммиак NH₃, фосфин PH₃, нитриды и фосфиды металлов (Na₃N Ca₃P₂), сероводород H₂S, галогенводороды (HI, HCI, HBr) галогениды металлов, гидриды металлов (NaH, CaH₂).

Важнейшими окислителями являются:

а) простые вещества – неметаллы с наибольшим значением электроотрицательности - фтор F₂, кислород O₂, хлор CI₂.

б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в высшей степени окисления – перманганат калия KMnO₄, бихромат калия K₂Cr₂O₇, азотная кислота HNO₃, и ее соли нитраты, концентрированная серная кислота H₂SO₄, оксид свинца (IV) PO₂, хлорная кислота HCIO₄ и ее соли перхлораты и др.

Вещества, содержащие атомы в промежуточных степенях окисления могут как восстановителями (при действии более активного, чем они окислителя), так и окислителями (при действии более активного, чем они восстановителя) е вещества проявляют окислительно – восстановительную двойственность.

Окислители чрезвычайно токсичны для организма.

ТИПЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

1) Межмолекулярные окислительно – восстановительные реакции, окислитель и восстановитель входят в состав молекул различных веществ.

_{+4 +7 +6 +2}

5Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5 Na₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

Na₂SO₃ - восстановитель, сера меняет степень окисления от +4 до +6

KMnO₄ –окислитель, марганец меняет степень окисления с +7 до +2

2) внутримолекулярные окислительно – восстановительные реакции.

В этих реакциях и окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества.

_{_-3 +6 0 +3}

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

Восстановитель азот, меняет степень окисления от -3 до 0,

окислитель хром, меняет степень окисления от +6 до +3.

3) реакции диспропорционирования, при которых один и тот же элемент, находящийся в промежуточной степени окисления является и окислителем и восстановителем.

_{0 -1 +1}

2CI₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCI₂ + Ca(CIO)₂ + 2H₂O

CОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

Для составления уравнений окислительных – реакций используется метод электронного баланса. В основе его лежит следующее правило: общее число электронов, которое отдает восстановитель, должно быть равно общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.

Рассмотрим применение метода электронного баланса на примере реакции, которая выражается следующей схемой.

KMnO₄ + KBr + H₂SO₄ = MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

а) Определяем степени окисления всех элементов в молекулах исходных веществ и продуктов реакции:

_{+1 +7 -2 +1 -1 +1 +6 -2 +2 +6 -2 0 +1 +6 -2 +1 -2}

KMnO₄ + KBr + H₂SO₄ = MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

б) Находим элементы, которые изменяют степени окисления, это марганец и бром:

_{+7 -1 +2 0}

KMnO₄ + KBr + H₂SO₄ = MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

в) Составляем уравнения процессов окисления и восстановления:

Mn ⁺⁷ + 5e = Mn⁺² восстановление окислителя

2Br^-1 - 2e = Br₂ окисление восстановитель

г) Находим множители для уравнений процессов окисления и восстановления, при умножении на которые количество отданных и принятых электронов будут равны;

Mn ⁺⁷ + 5e = Mn⁺² |2

2Br^-1 - 2e = Br₂ | 5

д) Найденные множители запишем как коэффициенты перед формулами веществ, которые содержат элементы, участвующие процессах окисления и восстановления:

2KMnO₄ + 10KBr + H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

е) Уравниваем число атомов элементов, которые не изменяют степени окисления. В данном случае это атомы калия, серы, водорода и кислорода:

2KMnO₄ + 10KBr + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Br₂ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

Проверяем правильность уравнивания по равенству числа атомов кислорода в левой (40 атомов) и правой (40 атомов) частях уравнения.

Дата добавления: 2014-11-16