Сущность окислительно-восстановительных процессов

Стр 1 из 2Следующая ⇒

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=298^ºК

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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 .

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:

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:

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!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!