Процес віддачі електронів, що супроводжується підвищенням ступеня окиснення елемента, називається окисненням.

Електрони, що віддає Сульфур, приєднують атоми Брому; ступінь окиснення Брому змінюється від 0 до - 1.

Br₂⁰ +2ē→ 2Br^-1 (відновлення)

Процес приєднання електронів, що супроводжується зниженням ступеня окиснення елемента, називається відновленням.

Підбирають стехіометричні коефіцієнти для сполук, атоми яких змінюють ступені окиснення. Для даної реакції баланс «електронного обміну» такий:

1 S^-2 - 2ē → S⁰ (окиснення)

1 Br₂⁰ +2ē→ 2Br^-1 (відновлення)

Враховуючи те, що кількість втрачених відновником електронів повинна дорівнювати кількості електронів, яку приєднує окисник, знаходять спільний множник для двох електронно-іонних рівнянь. Для даного випадку цей спільний множник дорівнює 2.

Отже, з однією молекулою Н₂S в реакцію вступає одна молекула брому.

Знайдені коефіцієнти підставляють у схему реакції:

H₂S + Br₂= 2HBr + S↓

Розглянуте рівняння реакції є найпростішим прикладом окисно-відновного процесу.

На процес окиснення — відновлення дуже впливають концентрації окисника й відновника. Збільшення концентрації окисника або зменшення концентрації відновника збільшує окиснювальну дію окисника.

Можливість і характер перебігу окисно-відновного процесу іноді залежить від середовища. Наприклад, у кислому середовищі сильний окисник перманганат-іон МnО₄^‾відновлюється до Мn²⁺, у лужному середовищі іони Мангану Мn²⁺ легше стають відновниками, окиснюючись до Мn⁺⁴ (іноді до Мn⁺⁶). У нейтральному і слабко лужному середовищах окиснення і відновлення сполук Мангану приводить до утворення оксиду Мангану (ІV). У сильно лужному середовищі сполуки Мангану окиснюються й відновлюються до манганат-іона (МnО₄^2-).

На практиці часто доводиться обчислювати еквівалент речовин не тільки за реакціями обміну, а й за окисно-відновними. Треба вміти визначити еквівалент відновника й окисника.

Еквівалент речовини в окисно-відновних реакціях — це кількість речовини, що віддає або приєднує один електрон.

Молярна маса еквівалента речовини в реакціях окиснен ня — відновлення дорівнює молярній масі цієї речовини, поділеній на кількість електронів, які приєднує 1 моль окисника або віддає 1 моль відновника.

Приклади розв ’ язання типових задач

Приклад 1. Взаємодія калій перманганату з калій іодидом за наявності сульфатної кислоти призводить до знебарвлення малинового розчину і виділення йоду. Ця реакція відбувається за схемою:

_{+7 -1 +2 0}

КМnО₄+ КІ + Н₂SО₄ → МnSО₄+ І₂ + ...

Встановлюють, що ступінь окиснення Мангану змінився від +7 до +2, а Йоду від -1 до 0, тобто Манган відновився (калій перманганат - окисник), а Йод окиснився (калій йодид — відновник).

Щоб обчислити найважливіші коефіцієнти (перед окисником і відновником), необхідно скласти електронний баланс рівняння:

2 Mn⁺⁷ +5ē → Mn ⁺² (відновлення)

5 2I ^‾ - 2ē→ I₂⁰ (окиснення)

Оскільки кількість втрачених Йодом електронів повинна дорівнювати кількості електронів, що приєднує Манган, знаходять спільний множник для цих двох рівнянь. Рівність втрачених і приєднаних електронів буде тоді, коли 10 йодид-іонів віддадуть 10 електронів, а два іони Мангану приєднають 10 електронів.

Отже, множники 2 і 5 визначають коефіцієнти відповідно біля Мангану та Йоду в рівнянні окисно-відновної реакції; ці коефіцієнти можуть бути перенесені в молекулярне рівняння як основні. Розглянуту реакцію можна записати так:

2КМnО₄+10КІ + Н₂SО₄ → 2МnSО₄+5І₂ + ...

Нарешті, треба обчислити другорядні коефіцієнти, тобто ті, що стоять біля сполук з елементами, які не змінюють свої ступені окиснення. Треба врахувати кількість іонів К⁺, SО₄^2-, атомів Оксигену та іони Гідрогену. Сульфат-іони потрібні для зв'язування не тільки іона Мn²⁺, а й Калію, іони Гідрогену зв'язують усі вісім атомів Оксигену у молекули води. Отже, рівняння матиме такий остаточний вигляд:

2КМnO₄ +10КІ + 8Н₂SO₄ = 2МnSО₄ + 6К₂SО₄ + 5І₂ + 8Н₂О

Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій краще застосовувати іонно-електронний метод; він більш правильно відображає суть процесу. Так, для розглянутої реакції іонно-електронні рівняння матимуть вигляд:

2 Mn O₄^‾ +5ē + 8H⁺→ Mn⁺² + 4H₂O (відновлення)

5 2I ^‾ - 2ē→ I₂ (окиснення)

Перше рівняння процесу («напівреакції») відновлення перманганат-іона показує, що під час перетворення іона МпО₄^- в катіон Мп²⁺ чотири атоми Оксигену, що звільнились, мають зв'язатися в чотири молекули води. Для цього і потрібні вісім іонів Гідрогену. Друге рівняння процесу («напівреакції») окиснення Йоду показує, що цей процес відбувається без участі іонів Гідрогену.

Знаходять спільний множник для цих двох іонно-електронних рівнянь (двох «напівреакцій»), додають рівняння процесів відновлення і окиснення, враховуючи множники 2 і 5; одержують сумарне іонне рівняння даної окисно-відновної реакції:

2 Mn O₄^‾ +5ē + 8H⁺→ Mn⁺² + 4H₂O (відновлення)

5 2I ^‾ - 2ē→ I₂ (окиснення)

2МnО₄^‾ +16H⁺ +10І^‾ → 2Мn⁺² +5І₂ + 8H₂O

Одержане рівняння реакції можна подати тепер і в молекулярній формі:

2КМnO₄ +10КІ + 8Н₂SO₄ = 2МnSО₄ + 5І₂ + 6К₂SО₄ + 8Н₂О

Приклад 2. Знайти молярну масу еквівалента калій перманганату в реакції:

КМnО₄+ Na₂SО₃+ 3H₂SО₄ = МnSО₄+ K₂SO₄ + 5Na₂SO₄+3H₂O

2 Mn O₄^‾ +5ē + 8H⁺→ Mn⁺² + 4H₂O (відновлення)

5 SO₃ ^2-- 2ē+H₂O→ SO₄ ^2- +2H⁺ (окиснення)

У цій реакції перманганат-іон відновлюється, приєднуючи 5 електронів,

тому:

Контрольні завдання

61. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

P + HIO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + HI

H₂S + Cl₂ + H₂O ® H₂SO₄ + HCl.

62. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

KClO₃ + Na₂SO₃ ® KCl + Na₂SO₄

KMnO₄ + HBr ® Br₂ + KBr + MnBr₂ + H₂O.

63. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

P + HClO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + HCl

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

64. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH ® Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O

FeS + HNO₃ ® Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O.

65.Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

HNO₃ + Zn ® N₂O + Zn(NO₃)₂ + H₂O

FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ +KCl + H₂O.

66. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

K₂Cr₂O₇ + HCl ® Cl₂ + CrCl₃ +KCl +H₂O

Au + HNO₃ + HCl ® AuCl₃ + NO + H₂O.

67. Чи можуть відбуватися окисно-відновні реакції між: а) NH₃ та KMnO₄; б) HNO₂ та HI; в) HCl и H₂Se? Чому? На підставі електронних рівнянь підберіть коефіцієнти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою :

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O.

68.Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

HCl + CrO₃ ® Cl₂ + CrCl₃ + H₂O

Cd + KMnO₄ + H₂SO₂ ® CdSO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O.

69. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

I₂ + NaOH ® NaOI + NaI + Н₂О

MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ ® HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O.

70. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

H₂SO₃ + HClO₃ ® H₂SO₄ + HCl

FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

71. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

I₂ + Cl₂ + H₂O ® HIO₃ + HCl

FeCO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

72. Виходячи зі ступені окиснення фосфору в сполуках РН₃, Н₃РО₄, Н₃РО₃ визначте, яка з них є тільки окисником, тільки відновником та яка може проявляти як окисні, так і відновні властивості. Чому? На підставі електронних рівнянь підберіть коефіцієти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою:

PbS + HNO₃ ® S + Pb(NO₃)₂ + NO + H₂O.

73. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH ® K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

P + HNO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + NO.

74. Складіть електронні рівняння та вкажіть, який процес – окиснення чи відновлення, відбувається в наступних перетвореннях:

Mn⁶⁺®Mn²⁺; Cl⁵⁺ ®Cl^-; N^3- ®N⁵⁺. На підставі електронних рівнянь підберіть коефіцієти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою:

Cu₂O + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

75. Складіть електронні рівняння наведених реакцій: підберіть коефіцієнти, вкажіть окисник та відновник, процес окиснення та відновлення. Знайдіть молярну масу еквівалента окисника та відновника.

HNO₃ + Ca ® NH₄NO₃ + Ca(NO₃)₂ + H₂O

K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O.

Тема 6. Комплексн і сполуки

Серед неорганічних сполук численну групу складають координаційні або комплексні сполуки. Вони утворюються при взаємодії молекул двох або більше речовини. Наприклад,

AgCN + KCN = K[Ag(CN)₂]

CuCl₂ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄]Cl₂ + 4H₂O

У молекулі комплексної сполуки один з атомів (зазвичай позитивно заряджений) займає центральне місце і називається комплексо утворювачем або центральним атомом (у наведених прикладах Ag⁺; Cu²⁺). Комплексоутворювач координує навкруги полярні молекули або протилежно заряджені іони (наприклад, NH₃, CN^-, OH^-), що називаються лігандами. Комплексоутворювач і ліганди складають внутрішню сферу комплексної сполуки, яку зазвичай беруть в квадратні дужки:

[CN^- Ag⁺ CN^-]^1-; NH₃ NH₃

Cu⁺²

NH₃ NH₃

Кількість лігандів, що розташовані навколо комплексоутворювача, визначається його координаційним числом (к.ч.).

Спостерігається певна залежність між величиною координаційного числа і зарядом комплексоутворювача.

Так, якщо заряд +1, к.ч.=2;

якщо заряд +2, к.ч.=4 и 6;

якщо заряд +3, к.ч.=6 и 4;

якщо заряд +4, к.ч.=8 и 6 тощо.

У даних прикладах комплексоутворювач Ag⁺ має координаційне число два (к.ч.=2), Cu⁺² - чотири (к.ч.=4).

Внутрішня сфера є комплексним іоном, заряд його дорівнює алгебраїчній сумі зарядів комплексоутворювача і лігандів. Наприклад, заряд комплексного іона [Ag⁺¹(CN) ]^- дорівнює: (+1)+2(-1)=-1; заряд комплексного іона [Fe⁺³(CN) ]^3- дорівнює: (+3) + 6(-1) = -3.

Іони, що не увійшли до внутрішньої сфери, складають зовнішню сферу комплексної сполуки. Сумарний заряд зовнішньої сфери дорівнює за величиною, але протилежний за знаком заряду комплексного іона, так що комплексна сполука электронейтральна: K₃[Fe(CN)₆] 3(+1)+(+3) + 6(-1)=0.

У разі незарядженої внутрішньої сфери зовнішня сфера відсутня, наприклад, [Co⁺³(NH₃)₃Cl^-₃] (+3) + 3(-1)=0.

Типовими комплексоутворювачами являються катіони d-елементів (Ag⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Co²⁺, Pt⁴⁺, Co³⁺ та ін.), які мають перехідні від 8 до 18-електронних рівнів, вільні енергетичні комірки в останньому (іноді в передостанньому рівні). У них менше, ніж у s-елементів радіуси і більше густина заряду. Вони легко поляризують аніони і полярні молекули. Комплексоутворювачами можуть бути і інші частки, в певних умовах здатні до комплексоутворювання. Наприклад, p-елементи: Pb²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, N^-3і інші.

Найважливішими лігандами є полярні молекули (H₂O, NH₃, CO та ін.), кислотні залишки (CN^-, NO₂^-, Cl^-, F^-, J^-, CNS^-, S₂O₃^2- та ін.) і гідроксильні іони ОН^-.

В комплексній сполуці можуть знаходитися як однорідні ліганди, так і різнорідні.

Так, катіон Сr³⁺може утворювати комплексні іони складу [Cr(H₂O)₆]³⁺, [Cr(OH)(H₂O)₅]²⁺, [Cr(OH)₂(H₂O)₄]⁺, [Cr(OH)₆]^3- та ін.

В утворенні хімічного зв'язку між комплексоутворювачем і лігандами велику роль грає донорно-акцепторний механізм. Так, при утворенні аміакату міді [Cu(NH₃)₄]²⁺ молекули амоніаку проявляють донорні властивості за рахунок неподіленої електронної пари, що знаходиться на останньому енергетичному рівні атома Нітрогену:

H N :

Іон Сu²⁺ надає вільні 4s- і три 4р-орбіталі. Внаслідок sp³-гібридизації іон Купруму має чотири вільні гібридні орбіталі, на яких розташовуються неподілені електронні пари чотирьох молекул амоніаку. Комплекс має тетраедричну структуру, яка і визначає деякі його властивості.

Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 488; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!