Сущность окислительно-восстановительных процессов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМЫ «ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
РЕАКЦИИ»
ЛУГАНСК 2003
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМЫ
«ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ»
(для студентов всех специальностей)
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры химии
протокол №5 от 1.04.03.
ЛУГАНСК 2003
УДК 541.12(07)
Методические указания и контрольные задания к изучению темы «Окислительно-восстановительные реакции» (для студентов всех специальностей), 2-е изд. стереотипное. / Сост.: А.А.Григорьева, Е.К.Кузнецова, Г.Ф.Литовченко. Луганск: ВНУ им. В. Даля, 2003. – 26 с.
Содержит описание сущности окислительно-восстановительных реакций, методику составления уравнений и 29 вариантов контрольного задания по этой теме.
Будут полезны студентам, при их самостоятельной работе, и преподавателям для контроля знаний студентов I-го курса по данному разделу химии.
Составители: А.А.Григорьева, доц.
Е.К.Кузнецова, ст.преп.
|
|
Г.Ф.Литовченко, ассист.
Ответственная А.А.Григорьева
за выпуск
Рецензент С.П. Бугрим
Тема «Окислительно-востановительные реакции» относится к важнейшим темам курса общей химии, т.к. многие жизненные (дыхание, гниение, обмен веществ) и технологические процессы (получение металлов, ряда органических и неорганических продуктов, очистка веществ) связаны с ними. Эта тема важна также с точки зрения иллюстрации таких философских законов, как взаимосвязь и взаимообусловленность явлений; единство и борьба противоположностей. В курсе общей химии непосредственно этой теме уделено 2 лекционных часа и 2 часа лабораторного практикума. Кроме того, рассматриваемая тема является фундаментальной для изучения таких разделов, как электрохимия, общие свойства металлов, свойства легких и тяжелых конструкционных металлов.
Изучив эту тему, студент должен уметь отличить окислительно-восстановительные реакции от других типов реакций. Пользуясь периодической системой Д. И. Менделеева, он должен правильно оценить степень окисления элементов, определить окислитель и восстановитель, понять суть процесса окисления-восстановления. Необходимо знать 2 метода составления окислительно-восстановительных реакций: метод электронного баланса, основанный на операциях со степенями окисления элементов, и метод полуреакций (ионно-электронный метод). С помощью этих методов он должен уметь расставить коэффициенты в любом окислительно-восстановительном уравнении реакции.
|
|
Следует запомнить, что практически осуществляются только те окислительно-восстановительные реакции, ЭДС которых больше нуля. Пользуясь стандартными окислительно-восстановительными потенциалами, приведёнными в таблицах, он должен уметь вычислить ЭДС реакции и оценить возможность и направление её протекания.
С учётом этих требований были составлены 28 билетов контрольной работы по данной теме. В каждом билете содержится 5 стандартизированных вопросов. В первом требуется с помощью метода электронного баланса расставить коэффициенты в приведённом уравнении реакции. Во втором вопросе проверяется умение студента найти окислитель (восстановитель) и составить уравнение электронно-ионным методом. В третьем – перед студентом ставится задача вычисления стандартной ЭДС реакции взаимодействия металла с кислотой и составления полного уравнения этой реакции. В четвёртом проверяется умение студента выбрать наиболее сильный окислитель (восстановитель) на основании величин стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.
|
|
В ответе на пятый вопрос студенту необходимо на основании периодической системы Д. И. Менделеева и значений стандартных электродных потенциалов определить, какими свойствами (окислителя или восстановителя обладает данный химический элемент или ион. Кафедра рекомендует использовать подготовленные билеты для контроля знаний студентов по теме «Окислительно-восстановительные реакции».
Сущность окислительно-восстановительных процессов
Окислительно-восстановительные процессы играют огромную роль в жизни и технике. Это горение, гниение, дыхание, некоторые реакции обмена веществ и усвоения пищи; это и ряд технологических процессов: восстановление металлов из руд, электролиз растворов и расплавов, коррозионные явления; реакции, лежащие в основе работы химических источников тока и т. д.
Химические процессы, при которых атомы или ионы, участвующие в реакции изменяют свои степени окисления, называются реакциями окисления-восстановления. Они сопровождаются переходом электронов от одних атомов или ионов к другим и являются электронно-динамическими.
|
|
Окисление – это отдача электронов веществом, т. е. повышение степени окисления элемента:
Вещества, отдающие электроны в процессе реакции, называются восстановителями. Например: металлы, , , , , , и т. д.
Восстановление – это присоединение электронов к веществу, т.е. понижение степени окисления элементов:
Вещества, присоединяющие электроны, называются окислителями. Например, , галогены, , , , , и др.
Атомы в промежуточной степени окисления обладают двойственными свойствами:
или ;
или .
Они могут быть и окислителями, и восстановителями. Такими веществами являются , , , и др.
Элементы в высших степенях окисления могут только присоединять электроны и являются окислителями. Так, , , , , проявляют только окислительные свойства, т. к. содержат в своём составе элементы в высших степенях окисления.
Элементы в низших степенях окисления могут только отдавать электроны и проявлять только восстановительные свойства. Соединения , , , , и другие металлы, могут быть только восстановителями.
Мерой восстановительных свойств элементов является потенциал ионизации (I). Чем он меньше, тем сильнее восстановитель. Потенциалы ионизации увеличиваются слева направо в каждом периоде периодической системы элементов Д. И. Менделеева, и уменьшаются в группах сверху вниз. Поэтому вдоль по периоду восстановительные свойства уменьшаются, а в группах сверху вниз они растут.
Окислительно-восстановительные свойства проявляются только в химических реакциях. Поэтому число электронов, отдаваемых восстановителем, всегда равно числу электронов, присоединяемых окислителем. На примере этих реакций иллюстрируется один из важнейших законов диалектики – закон единства и борьбы противоположностей. В едином процессе связаны окислитель и восстановитель, вещества, обладающие разной способностью удерживать электроны. В результате реакции образуются вещества, имеющие более слабые окислительные и восстановительные свойства.
Часто окислительные и восстановительные свойства проявляются в определённой среде: кислой, нейтральной или щёлочной. В таких случаях подбор коэффициентов проводят одним из двух методов: методом электронного баланса или ионно-электронным методом.
Метод 1. Метод электронного баланса.
1.Необходимо написать уравнение реакции и определить элементы, изменившие степени окисления.
окислитель восстановитель
2.Необходимо составить вспомогательную электронную схему для нахождения коэффициентов:
|
|
Множители 2 и 5 уравнивают число потерянных и принятых электронов (по наименьшему общему кратному).
3. Далее надо перенести коэффициенты в уравнение реакции:
4. Теперь можно подобрать коэффициенты к другим молекулам, участвующим в реакции (сначала к катионам, а затем к анионам).
Признаком правильности расстановки коэффициентов является равенство числа атомов каждого элемента в обеих частях уравнения.
Метод 2. Ионно-электронный метод (метод полуреакций)
1. Составляем ионно-молекулярную схему реакции, выписав ионы и молекулы, изменяющиеся в процессе реакции:
2. Составляем уравнения процессов окисления и восстановления, учитывая, что в водном растворе могут участвовать в реакции , , . В данной реакции для связывания четырёх атомов кислорода, входящих в состав , необходимы , и тогда образуется четыре молекулы . Сложный ион переходит в , присоединяя :
|
|
3. Суммируем оба уравнения, учитывая подобранные коэффициенты:
4. Для перехода к молекулярному уравнению нужно добавить недостающие ионы.
Для реакций в растворах стремление к переходу электронов от одних атомов и ионов к другим характеризуется их стандартными окислительно-восстановительными потенциалами ( ). Чем больше значение атома или иона, тем сильнее его окислительные свойства (т.е. стремление к приёму электронов) и, наоборот, чем меньше значение атома или иона, тем сильнее восстановительные свойства (стремление к отдаче электронов). Например, для процессов:
является более сильным окислителем, т. к. ему соответствует больший стандартный окислительно-восстановительный потенциал.
В другой паре реакций:
лучший восстановитель , т. к. у него меньший потенциал ( ).
Потенциал окислителя всегда больше потенциала восстановителя ( > ).
Зная значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов ( ), можно предвидеть, в каком направлении пойдёт окислительно-восстановительный процесс. Реакция протекает в выбранном направлении, если разность потенциалов окислителя и восстановителя имеет положительное значение:
, , реакция идёт;
причём, если ЭДС находится в пределах 0-0.2В, она протекает медленно, если ЭДС > 0.2В, реакция идёт с заметной скоростью. Поэтому для определения возможности протекания окислительно-восстановительного процесса необходимо рассчитать ЭДС:
ЭДС=1.51-(-0.48)=1.99 В, значит, реакция идёт очень быстро.
Если реакция протекает не в стандартных условиях (Т=298°К, концентрации веществ не равны 1моль/л), Электродные потенциалы вычисляются по уравнению Нернста:
,
в котором – универсальная газовая постоянная,
равная 8,314 Дж моль-1·К-1;
– число Фарадея, равное 96500 Кл;
– концентрация;
–число участвующих электронов.
Для полуреакции при Т=298ºК
.
Вариант 1
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать окислитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли перманганат калия окислить сульфид калия в кислой среде? Ответ подтвердите расчетом ЭДС.
5. Может ли ион проявлять свойства окислителя? Объясните почему?
Вариант 2
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать восстановитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли ион хлора восстановить до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом ЭДС (см. табл).
5. Может ли проявлять свойства восстановителя? Почему?
Вариант 3
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли перманганат калия в кислой среде окислить до ? Ответ подтвердите расчётом ЭДС(см. табл).
5. Какой из ионов или проявляет большие окислительные свойства? Почему?
Вариант 4
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать восстановитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4.Какой из окислителей , или в кислой среде будет лучше окислять до ? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какие свойства: окислителя или восстановителя может проявлять ? Почему?
Вариант 5
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать окислитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать в качестве окислителя в следующем процессе при стандартных условиях:
; .
Ответ подтвердите расчётом ЭДС (см. табл).
5. Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Почему?
Вариант 6
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать восстановитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать в качестве окислителя в следующем процессе:
?
Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какими свойствами (окислительными или восстановительными) обладает ? Почему?
Вариант 7
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать окислитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать в качестве окислителя при реакции с в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Ответ объясните.
Вариант 8
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать восстановитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Какой из окислителей , или будет лучше окислять до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Ответ объясните.
Вариант 9
1. Методом электронного баланса расставить коэффициенты в уравнении реакции, указать окислитель:
.
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
.
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли в водном растворе восстановить ион до иона а) бромидом калия; б) йодидом калия?
5. Какой из элементов или обладает большими окислительными свойствами? Почему?
Вариант 10.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. В каком направлении будет протекать реакция:
Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какой из ионов , или будет лучшим восстановителем? Почему?
Вариант 11.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли окислить сульфид натрия до в сернокислой среде? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Может ли ион проявлять окислительные свойства? Почему?
Вариант 12.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли восстановить до ? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Может ли проявлять свойства окислителя? Почему?
Вариант 13.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли в кислой среде окислить ? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какая из частиц или проявляет большие окислительные свойства? Почему?
Вариант 14.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Какой из окислителей: или будет лучше окислять до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом.
5. Какие свойства (окислителя или восстановителя) может проявлять ? Почему?
Вариант 15.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать в качестве окислителя в следующем процессе при стандартных условиях?
Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Почему?
Вариант 16.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать в качестве окислителя в следующем процессе:
; ?
5. Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Почему?
Вариант 17.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли использовать при реакции с , чтобы получит ?
5.Какими свойствами (окислителя или восстановителя) обладает ? Почему?
Вариант 18.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Какой из окислителей или будет лучше окислять до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5. Какими свойствами: окислителя или восстановителя обладает ? Ответ объясните.
Вариант 19.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли в водном растворе восстановить соль железа (III) до соли железа (II): а) бромидом калия KBr; б) иодидом калия KI? Ответ подтвердите расчётом ЭДС.
5.Какой из элементов или обладает большими окислительными свойствами? Почему?
Вариант 20.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. В каком направлении будет протекать реакция:
?
5. Какой из ионов , или будет лучшим восстановителем? Объясните с точки зрения строения атома.
Вариант 21.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода закончить уравнение реакции, расставить в нём коэффициенты и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. В каком направлении будет протекать реакция? Ответ подтвердите расчётом.
5. В какой роли (окислителя или восстановителя) может выступать ион ? Ответ объясните.
Вариант 22.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Можно ли с помощью дихлорида олова восстановить до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом.
5. Объясните, какой из ионов или будет обладать только окислительными свойствами?
Вариант 23.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. С помощью расчёта определить, будет ли протекать реакция взаимодействия?
5. Объясните какой из ионов может быть только окислителем , , , ? Почему?
Вариант 24.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Какой из восстановителей: или будет легче восстанавливать до в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом.
5. Какая из частиц: , или может быть окислителем? Почему?
Вариант 25.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. С помощью расчёта определить, возможна ли реакция:
5. Объясните, какая из частиц , или может выступать только в качестве восстановителя? Почему?
Вариант 26.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
Указать коэффициент перед молекулой .
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли окислить в кислой среде? Ответ подтвердите расчётом.
5. Закончить составление полуреакции и указать ёё потенциал:
Вариант 27.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать восстановитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать окислитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Может ли восстановить до ? Ответ подтвердите расчётом.
5. Объясните, какой из соединений азота может быть только окислителем: , , .
Вариант 28.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Вычислите стандартную ЭДС реакции, закончите уравнение и расставьте коэффициенты:
4. Возможна ли реакция между дихроматом и 1М раствором соляной кислоты:
?
5. Объясните в какой роли (окислителя или восстановителя) могут выступать частицы , , и ?
Вариант 29.
1. Методом электронного баланса расставить коэффициента в уравнении реакции, указать окислитель:
2. С помощью ионно-электронного метода расставить коэффициенты в уравнении реакции и указать восстановитель:
3. Составьте уравнение взаимодействия кальция с концентрированной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней. Вычислите ЭДС реакции.
4. С помощью расчёта определите, возможна ли реакция в стандартных условиях:
.
5. Объясните, какое из перечисленных соединений серы может быть только восстановителем: , , ?
Таблица
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 147; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!