Окислительно-восстановительные реакции (овр).
Электрохимия
опыт 1.Окислительные и восстановительные свойства сернистой кислоты
а) Уравнение реакции: H2SO3 -1++ …H2S-2 = ….S↓0 + …3H2O
Электронные уравнения:
8+4+4e- = 80 - процесс восстановления;
8-2 - 2e- = 80 - процесс окисления.
Окислитель –H2CO4восстановитель – H2S
б) Уравнение реакции: ...Н2SOз + ...I2 + ... Н2O = ... Н2SО4 + ….HI
Электронные уравнения:
42+2e- = 24- процесс восстановления;
G4±2e- = S6+ - процесс окисления.
Окислитель - 42восстановитель –H2SO3
S находится в группе периодической системы. Высшая степень окисления ее - ……, низшая -…-2... Степень окисления S в Н2SО3 -
Выводы:
Сернистая кислота Н2SO3 имеет как окислительные, так и восстановительные свойства, так - как сера находится в промежуточной степени окисления
Элементы теории, примеры зачетных задач
Для составления ОВР наиболее простым является метод электронного баланса. В этом методе рассматривается перераспределение электронов между гипотетическими ионами, заряд которых равен соответствующим степеням окисления. Сущность метода электронного баланса состоит в том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.
|
|
Пример 9. ОВР протекает по схеме:
Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Укажите: а) окислитель и восстановитель; б) какое вещество окисляется, какое вещество восстанавливается. Составьте электронные уравнения и на основании их расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
Решение
В схеме реакции расставим изменяющиеся СО:
+4 +6 +6 +3
Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Определим характер процессов:
S+4 ® S+6 - увеличение СО; процесс окисления;
Сr+6 ® Сr+3 - уменьшение СО; процесс восстановления.
S+4 (Nа2SO3) - восстановитель, Сr+6(К2Сr2O7) - окислитель.
Составляем электронные уравнения:
S+4 - 2ē = S+6 - процесс окисления;
Сr+6 + Зē = Сr+3 - процесс восстановления.
Поскольку число электронов, отдаваемых восстановителем, должно равняться числу электронов, принимаемых окислителем, умножим электронные уравнения на соответствующие коэффициенты:
3| S+4 - 2ē = S+6
2 | Сr+6 + 3ē = Сr+3
Подставляем эти коэффициенты в схему реакции:
3Nа2SO3 + К2Сr2O7 + Н2SO4 ®3Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + Н2O.
Находим подбором и расставляем остальные коэффициенты:
3Nа2SO3 + К2Сr2O7 + 4Н2SO4 ®3Nа2SO4 + Сr2(SO4)3 + К2SO4 + 4Н2O.
Окончательная проверка правильности написания уравнения проводится по балансу атомов кислорода: 3•3+7+4•4 = 3•4+4•3+4+4;
|
|
32 = 32
Уравнение реакции: 4HNO3-5(конц) + .... Cu0= Cu2(NO3+5)2+2Nog+4+2H2O
Электронные уравнения:
N+3+1e- = N+4- процесс восстановления;
Cu0 – 2e-= Cu2t- процесс окисления.
Окислитель - HNO3 восстановитель -OH
б) Схема взаимодействия разбавленной НNО3 с металлами:
НNО3 + Me =>
Уравнение реакции: .3HNO3+5(разб) + .3Cu0 = Cu-2(N03)+5+2N0+2+4HO
Электронные уравнения:
N+5+3e- - N+2- процесс восстановления;
Cu – 2e-- Cu-2- процесс окисления.
Окислитель –HNO3 восстановитель - Cu
Выводы:
Азот находится в высшей степени окисления.
опыт 3.Медно-цинковый гальванический элемент
Схема гальванического элемента:
(-) Zn |…ZnSO4.. || CuSO4 | CU(+)
E0Cu2+/Cu=+0B; E0 Zn2+/Zn=OЭtB; C (Cu2+) = C(Zn2+) = 1 моль/л
Процессы на электродах:
(A) Zn -2e- = Zn2+ -процесс - окисление
(K)Cu2+ +Ze- - Cu0 - процесс ……………………
Z2 + Cu2+ - Zn1+ + Cu0 - ионно-молек. уравнение
Zn+CuSOn =ZnSO +Cu4 -молекулярное уравнение
ЭДС = E(+) – E(-) = 0,34 – (-0,76) = 1,108
Элементы теории, примеры зачетных задач
Устройства, в которых энергия химической реакции выделяется в виде электрической, называются гальваническими элементами.
|
|
Пример 10. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе, схема которого: Ni | NiSO4|| СuSO4| Сu, если С(Сu2+)=С(Ni2+)=1 моль/л
Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС).
Решение
При концентрациях ионов металлов, равных 1 моль/л, на металлических электродах устанавливаются стандартные электродные потенциалы: Е°Сu2+/Сu =+0,34В; Е°Ni2+/№=-0,25В
На электроде, имеющем меньший потенциал, происходит отдача электронов, т.е. окисление. Этот электрод называется анодом. Поскольку ЕNi2+/Ni < ЕCu2+/Cu> анодом является никелевый электрод.
На электроде, имеющем больший потенциал, происходит принятие электронов, т.е. восстановление. Этот электрод называется катодом. Им является медый электрод.
Процессы, протекающие в гальваническом элементе:
Анод: Ni - 2ē = Ni2+
Катод: Сu2+ + 2ē = Сu
________________________________________________________________
Ионно-молекулярное уравнение: Ni + Сu2+ = Ni2+ + Сu;
Молекулярное уравнение: Ni + СuSO4= NiSO4+Сu.
ЭДС=Е(Кат)-Е(Ан) = 0,34 - (-0,25) = 0,59 В.
------------------------------------------------------------------------------------------------
|
|
Коррозией называется самопроизвольный процесс разрушения металлов и сплавов в результате их окисления окружающей средой.
Поскольку коррозия является окислительно-восстановительным процессом, вероятность ее протекания тем больше, чем больше разность потенциалов систем окислителя и восстановителя, Еок-Евосст, т.е. чем больше алгебраическое значение Еок и меньше Евосст - Восстановителем при коррозии является металл. Корродировать в первую очередь будет более активный металл, имеющий меньший потенциал. Окислителем (деполяризатором) в процессе коррозии выступает тот компонент окружающей среды, который имеет больший потенциал.
опыт 4. Защитные свойства металлических покрытий
Качественная реакция на ион Fе 2+:
3 Fе2+ +2[Fе(СN)6]3- = Fе3[Fе(СN)6]2↓ (синий)
При коррозии с каким покрытием железа - цинковым или оловянным (луженым) - качественной реакцией открыт ион Fе2+?
Оловянный
а) Оцинкованное железо.
Соотношение потенциалов: (Е°Fе2+/Fе =…. В)……(Е°Zn2+/Zn = 0,36В),
следовательно, анод -..........Zn.. …….., катод -……Fe…. Процессы:
(А) Zn0 - 2e- = Zn2+ – процесс- окисление
(К)Fe2 + 2e – Fe0 -процесс - восстановление
Zu0+Fe1+ = Zn2+Fe0............................ …-ионно-молек. уравнение
........................................................... ……….- молекулярное уравнение
б) Луженое железо.
Соотношение потенциалов: (Е°Fе2+/Fе =0,44В).......... (Е°Sn2+/Sn =0,136В),
следовательно, анод -.....Fe... , катод -....Zn... Процессы:
(А)Fe0 – 2e- = Fe2+ - процесс
(К)Zn2+ +2e- = Zn0 - процесс
Fe + Zn2+ =Fe2 + Zn0...................................... - ионно-молек. уравнение
………….......................................................... - молекулярное уравнение
Выводы:
Какое из покрытий катодное, какое - анодное?Олово, Кадмий
Какое покрытие более надежное? Анодное
Какое покрытие при хорошем качестве более долговечно?.
опыт 5. Электролиз раствора иодида калия
(-) E0k/k = -2,9B E02H2O/H= -0,41 (0,013) | ß K à I0à ßH2O à | (+) E012/21+0,54B E0O2/2H2O = +1,23 B |
|
На катоде (-) протекает процесс восстановления, характеризующийся большим потенциалом: 2HOH1+E-H2+COH 3H>O
Потенциал больше у воды
Элементы теории, примеры зачетных задач
Пример 11. Какие процессы будут протекать при коррозии луженой (покрытой оловом) меди в месте нарушения покрытия? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в следующих средах: а) во влажном воздухе; б) в растворе хлороводородной кислоты.
Решение
Более активным восстановителем является олово, т.к. Е0Sn2+/Sn = - 0,14В< Е°Cu2+/Cu = +0.34 В, поэтому, в первую очередь, корродирует олово. Покрытие анодное.
а) Во влажном воздухе окислителем является кислород. Олово (анод) будет окисляться, а на меди (катоде) будет восстанавливаться кислород:
(А) Sn-2е = Sn2+ |2
(К) O2+4е+2Н2O=4OH- | 1
2Sn+O2+2Н2O=2Sn(OН)2↓
Продуктом коррозии является труднорастворимый гидроксид олова.
б) Несмотря на то, что потенциал кислорода больше, чем иона водорода в растворе кислоты, доступ кислорода к поверхности катода (меди) ограничен из-за его малой растворимости и медленной диффузии. В кислом растворе Еокис- Е°2Н+/Н2= 0 В>Евосст=Е°Sn2+/ Sn = -0,14 В и окислителем является ион водорода. Уравнения процессов:
(А) Sn -2е = Sn2+
(К) 2Н++2е = Н2
Sn + 2Н+ = Sn2+ + Н2, или Sn + 2НСl = SnСl2 + Н2.
Электролиз - это совокупность процессов раздельного окисления и восстановления на электродах, осуществляемых в растворах или расплавах электролитов за счет протекания через них постоянного электрического тока от внешнего' источника. В отличие от гальванического элемента при электролизе катод заряжен отрицательно, а анод - положительно.
На катоде протекают процессы восстановления, поэтому в первую очередь восстанавливаются наиболее сильные окислители, то есть катионы, имеющие в данных условиях больший потенциал.
На аноде (+) протекает процесс окисления, характеризующийся меньшим потенциалом: 2-2e- =4e
У какого электрода наблюдается буро-желтое окрашивание?
У какого электрода обнаружена щелочная среда? Почему?
Анода медь
Железа щелочная среда
опыт 6. Электролиз раствора сульфата меди
а) с угольным анодом:
(-) Е° Cu2+/Cu = ….B Е°2H2O/H2= - 0,41B | ßСu2+ SO42-à ßH2Oà | (+)
Е°O2/2H2O= + 1,23 B |
Процесс на катоде: (-)... . *Cu2++2e-ßCuвостанавливается
Процесс на аноде:(+)........тт.2HOH+2-4e- =O2+4O-Hокисляется
(На аноде окисление серы в 8О42" - ионе невозможно, т.к. степень окисления серы в нем высшая ,+6)
(-) Е° Cu2+/Cu=0,34.B Е°2H2O/H2=-0,41B | ßCu2+ CO42à ßH2Oà Cu2+ß | (+) Cu | S+6 – высшая степень окисления Е°O2/2H2O= + 1,23 B Е° Cu2+/Cu = 0,34B |
Процесс на катоде: (-) Cu2++2e- =Cuвостанавливается
На аноде протекает процесс окисления, характеризующийся меньшим потенциалом: (+) Cu0 = 2e- = Cu2+окисляется
Дата: Подпись преподавателя :
Элементы теории, примеры зачетных задач
На аноде протекают процессы окисления, поэтому в первую очередь окисляются наиболее сильные восстановители, имеющие в данных условиях меньший потенциал.
Пример 12. Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора К2SО4 в электролизерах:
а) с угольными электродами; б) с висмутовыми электродами.
Решение
а) На катоде в первую очередь протекает восстановление наиболее сильных окислителей, характеризующихся большим потенциалом. К отрицательно заряженному катоду движутся катионы К+, которые могли бы восстанавливаться до металлического калия (Е0к+/к:=-2,92В), и полярные молекулы воды, которые могли бы восстанавливаться до водорода (Е°2H+/Н2=0,00В при рН=0; Е02Н2O/Н2=- 0,41В при рН=7). Поскольку Е2H+/H2> Е0K+/K= то на катоде восстанавливается вода: 2Н20 + 2е= Н2+2OН-
К положительно заряженному аноду движутся анионы SО42- и полярные молекулы воды. В сульфат-ионе сера находится в высшей степени окисления (+6), поэтому дальнейшее окисление серы невозможно. В данных условиях протекает единственно возможный процесс - окисление воды до кислорода:
2Н2O - 4е = O2 + 4H+.
б) На висмутовом аноде кроме окисления воды возможно окисление висмута - материала анода. На аноде протекает, в первую очередь, окисление наиболее сильных восстановителей, характеризующихся меньшим потенциалом. Поскольку Е0Bi3+/Bi= +0,22 ВВ< Е о2/н2O=+1,23 В, то окисляться будет материал анода: Вi-3е = Вi3+.
В растворе появляются ионы Вi3+. Они и восстанавливаются на катоде, так как их потенциал больше, чем потенциал иона калия или иона водорода из воды: Вi3+ + 3е = Вi
________________________________________________________________
Комплексными называются такие соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся сложные комплексные ионы (комплексы), способные к самостоятельному существованию в растворе.
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №4
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 492; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!