Окислительно-восстановительные реакции (овр).

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

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(N_O₃⁺⁵)₂+2Nog⁺⁴+2H₂O

Электронные уравнения:

N⁺³+1e^- = N⁺⁴- процесс восстановления;

Cu⁰ – 2e^-= Cu²^t- 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 Е_Ni²⁺_/Ni < Е_Cu²⁺_/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, Е_ок-Е_восст, т.е. чем больше алгебраическое значение Е_ок и меньше Е_восст - 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 Е_окис- Е°2Н⁺/Н₂= 0 В>Е_восст=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

(+)

S⁺⁶ – высшая степень окисления

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 SО₄^2- 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!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!