Отчет по лабораторной работе №3 / laba3-1.doc

Цель работы:

Ознакомиться с процессами окисления и восстановления, составить уравнения химических реакций и подобрать коэффициенты к ним различными методами.

I. Теоретическая часть.

Окислительно-восстановительными реакциями называются реакции, сопровождающиеся переходом электронов от одних атомов или ионов к другим.

Согласно предложенной В.Л.Писсаржевским (1874 - 1938 годы) терминологии, окислением называется процесс, связанный с потерей электронов; восстановлением - процесс связанный с приобретением электронов.

Образование сульфида железа из простых веществ - железа и серы, т.е. Fe+S=FeS -простейший пример окислительно-восстановительной реакции.

Атом железа, теряя два электрона, окисляется, превращаясь в положительный двухзарядный ион Fe²⁺: Fe-2e=Fe²⁺ (процесс окисления), а атом серы, принимая два электрона, восстанавливается и становится отрицательным двухзарядным ионом S^2-: S+2e=S²⁺ (процесс восстановления).

Вещества, атомы или ионы которых принимают электроны, называются окислителями; вещества, атомы или ионы которых отдают электроны, -восстановителями.

Окислившееся железо выполняло в данной реакции функцию восстановителя, а восстановившаяся сера - функцию окислителя.

Таким образом, окислитель восстанавливается, а восстановитель окисляется.

Наиболее часто употребляумые окислители:

Наиболее часто употребляемые восстановители:

Степенью окисления (или окислительным числом) называется заряд атома или иона элемента, вычисленный исходя из условного предположения, что все связи в молекуле окислителя и восстановителя являются ионными. Эта величина носит формальный характер в большинстве случаев её значение далеко от истинных значений зарядов атомов.

Методы вычисления коэффициентов окислительно-восстановительной реакции:

Составление схем перехода электронов на основе изменения степеней окисления атомов или ионов.

Для составления схемы переходов электронов в окислительно-восстановительных реакций следует руководствоваться тем, что число электронов, принимаемое окислителем или отдаваемое восстановителем, можно определить для каждого из них как алгебраическую разность между большой и меньшей степенью окисления.

Коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций определяется на основании подсчета отданных и принятых электронов: суммарное число электронов, теряемых восстановителем, должно быть равно суммарному числу электронов, приобретаемых окислителем.

Метод электронно-ионных уравнений окислительно-восстановительных реакций.

При составлении электронно-ионных схем следует учитывать изменение не только заряда иона, но и (весьма часто) их состава, например, при окислении нитрит-иона в нитрат-ион (NO₂^-→NO₃^-) или при восстановлении перманганат-иона по схеме (Mn0₄^-→Mn²⁺) и во многих других случаях. Такие взаимные переходы сопряжены в общем случае с участием в них молекул воды или содержащихся в растворе ионов H⁺ и OH^-.Отсюда следует, что во взаимодействие с ионами или молекулами окислителя и восстановителя могут вступать или, наоборот, быть продуктами реакции:

При выводе молекулярно-ионных уравнений окислительно-востановительных реакций следует придерживаться той же формы записи, которая принята для уравнений реакций обменного характера, а именно: малорастворимые, малодиссоциированные и летучие соединения следует писать в виде молекул.

Алгебраический метод расчета коэффициентов в уравнениях химических реакций.

Метод основан на составлении балансов отдельных элементов в составе различных молекул, участвующих в реакции. Метод применим как для расчетов окислительно-восстановительных реакций, так и для реакций, не сопровождающихся передачей электронов, например, для реакций с участием органических веществ и др.

При составлении балансов следует использовать следующее правило знаков: начальные вещества записываются со знаком минус, конечные - со знаком плюс.

II. Практическая часть.

Опыт I. Перманганат калия как окислитель в кислой среде.

_{+7 +4 +2 +6}

2KMNnO₄+5Na₂SO₃+3H₂SO₄→2MnSO₄+K₂SO₄+5Na₂SO₄+3H₂O

2K⁺+2(MnO₄)^-+10Na⁺+5SO₃^2-+6H⁺+3SO₄^2-→2Mn²⁺+2SO₄^2-+5SO₄^2-+10Na⁺+SO₄^2-+2K⁺+H₂O

_{7+ 4+ 6+}

2(MnO₄)^-+5SO₃^2-+6H⁺→2Mn²⁺+5SO₄^2-+3H₂O

Mn⁺⁷+5e→Mn⁺² │2

S⁺⁴—2e→S⁺⁶ │5

Вывод: В результате реакции образуются вода и новые растворимые в воде соли. Раствор из фиолетового становится бесцветным.

Опыт II. Перманганат калия как окислитель в нейтральной среде.

_{+7 +4 +4 +6}

2KMnO₄+3Na₂SO₃+3H₂O→2MnO(OH)₂↓+2KOH+3Na₂SO₄

_{7+ 4+ 4+ 6+}

2K⁺+2(MnO₄)^-+6Na⁺+3(SO₃)^2-+3H^-+3OH^-→2MnO(OH)₂↓+2K⁺+3OH^-+6Na⁺+3(SO₄)²⁺

_{7+ 4+ 6+}

2(MnO₄)^-+3(SO₃)^2-+3H^-+3OH^-→2MnO(OH)₂↓+3(SO₄)²⁺

Mn⁺⁷+3e→Mn⁺³ │2

S⁺⁴-2e→S⁺⁶ │3

Вывод: В результате реакции образуется бурый осадок MnO(OH)₂,щелочь и новая растворимая в воде соль. Цвет раствора из фиолетового переходит в прозрачный.

Опыт III. Перманганат калия как окислитель в сильно щелочной среде.

_{+7 +4 +6 +6}

2KMnO₄+2KOH+Na₂SO₃→2K₂MnO₄+Na₂SO₄+H₂0

_{7 + 6+ 6+}

2K⁺+2(MnO₄)^-+2K⁺+2OH^-+2Na⁺+SO₃^2-→4K⁺+2(MnO₄)^2-+2Na⁺+SO₄^2-+H₂0

_{7+ 6+ 6+}

2(MnO₄)^-+2OH^-+SO₃^2-→2(MnO₄)^2-+SO₄^2-+H₂0

Mn⁺⁷+e→Mn⁺⁶ │2

S⁺⁴-2e→ S⁺⁶ │1

Вывод: В результате реакции раствор из фиолетового превращается в тёмно-зеленый.

Опыт IV.Реакция самоокисления и самовосстановления (диспропорционирования) йода.

_{-1 +5 0}

5KI+KIO₃+6HCl→3I₂+6KCl+3H₂O

5K⁺+5I^-+K⁺+(IO₃)^-+6H⁺+6Cl^-→3I₂⁰+6K⁺+6Cl⁺+3H₂O

6H⁺+5I^-(IO₃)^-→3I₂⁰+3H₂O

I⁺⁵+5e→I⁰ │1

I^-1-e→ I⁰ │5

Вывод: В результате реакции раствор из бесцветного, при добавлении соляной кислоты, стал оранжевым. При дальнейшем добавлении раствора крахмала цвет изменился на темно-синий (качественная реакция на йод).

Опыт V.Перекись водорода как окислитель.

_{-1 0}

H₂O₂+2Kl+H₂SO₄→I₂+K₂SO₄+2H₂O

2H⁺+2O^-+2K⁺+2I^-+2H⁺+SO₄^2-→2I₂⁰+2K⁺+SO₄^2-+2H₂O

4H⁺+2O^-+2I^-→2I₂⁰+2H₂O

2O^-1+2e→O^-2 │1

2I^-1-2e →2I⁰ │1

Вывод: Бесцветный раствор KI при добавлении перекиси водорода и серной кислоты становится светло-красным; при дальнейшем добавлении раствора крахмала раствор становится тёмно-синим, что указывает на появление свободного йода ( качественная реакция на йод).

Опыт VI. Перекись водорода как восстановитель.

_{+7 +2}

5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄→2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O+5O₂↑

10H⁺+10O^-+2K⁺+2(MnO₄)^-+6H⁺+3SO₄^2-→2Mn²⁺+2SO₄^2-+2K⁺+SO₄^2-+8H₂O+5O₂↑

2(MnO₄)^-+16H⁺+10O^-→2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑

Mn⁺⁷+5e→Mn⁺² │2

2O^-1-2e →O₂⁰ │5

Вывод: В результате реакции раствор обесцветился, появились пузырьки кислорода.

Опыт VIII.Селитра как окислитель.

_{+5 +4 +4}

4KNO₃+5C⁰→2N₂⁰↑+2K₂СO₃₊3CO₂↑

_{5+ 4+ 4+}

4K⁺+4NO₃^-+5C⁰→2N₂⁰↑+4K⁺+2(СO₃)^2-₊3CO₂↑

_{5+ 4+ 4+}

4NO₃^-+5C⁰→2N₂⁰↑+2(СO₃)^2-₊3CO₂↑

2N⁺⁵+10e→2N⁰ │4 │ 2

C-4e→C⁺⁴ │10 │ 5

K₂CO₃+2HCl→2KCl+H₂CO₃

H₂CO₃→H₂O+CO₂↑

2H⁺+CO₃^2-→H₂O+CO₂↑

Вывод: Во время первой реакции выделялось большое количество теплоты → реакция экзотермическая. При добавлении в дальнейшем воды и соляной кислоты к расплаву селитры и золы, выделился углекислый газ.

III. Контрольные вопросы

1.Закончите молекулярные и составные электронные уравнения следующих процессов:

1) _{-2 +5 +6 +2}

3H₂S+8HNO₃→3H₂SO₄+8NO↑+4H₂O

6H⁺+3S^2-+8H⁺+8NO₃^-→6H⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O

3S^2-+8H⁺+8NO₃^-→3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O

N⁺⁵+3e→N⁺² │ 8

S^-2-8e →S⁺⁶ │ 3

2) _{+5 +6 +2}

S⁰+2HNO₃→H₂SO₄+2NO↑

S⁰+2H⁺+2NO₃^-→2H⁺+SO₄^2-+2NO↑

S⁰+2NO₃^-→SO₄^2-+2NO↑

N⁺⁵+3e→N⁺² │6 │2

S⁰-6e →S⁺⁶ │3 │1

3) _{+6 +4}

2H₂S^-2+2H₂SO₃→3S⁰+SO₂↑+4H₂O

S^-2-6e→S⁺⁴ │1

S⁺⁶+6e→S⁰⁺ │1

4)_{+4 +5 +3}

2NO₂+H₂O→HNO₃+HNO₂

N⁺⁴-e→N⁺⁵ │1

N⁺⁴+e→N⁺³ │1

2.Подберите коэффициенты в уравнениях следующий реакций методом составления электронно-ионных схем:

1) _{+6 -1 +3 0}

K₂Cr₂O₇+6KI+7H₂SO₄→4K₂SO₄+Cr₂(SO₄)₃+3I₂+7H₂O

2K⁺+Cr₂O₇^-+6K⁺+6I^-+14H⁺+7SO₄^2-→8K⁺+4SO₄^2-+2Cr³⁺+3SO₄^2-+3I₂⁰+7H₂O

Cr₂O₇^-+6I^-+14H⁺→2Cr³⁺+3I₂⁰+7H₂O

Cr⁺⁶+3e→Cr⁺³ │2

2I^-1-2e→2I⁰ │3

2) _{+6 -2 +3}

K₂Cr₂O₇+3H₂S+4H₂SO₄→K₂SO₄+Cr₂(SO₄)₃+3S⁰+7H₂O

2K⁺+Cr₂O₇^-+6H⁺+3S^2-+8H⁺+4SO₄^2-→2K⁺+SO₄^2-+2Cr^3-₊3SO₄^2-+3S⁰+7H₂O

Cr₂O₇^-+3S^2-+14H^+-→2Cr^3-+3S⁰+7H₂O

Cr⁺⁶+3e→Cr⁺³ │2

S^-2-2e→S⁰ │3

Сr₂O₃+3K⁺+3NO₃^-+4K⁺+4OH^-→4K⁺+2CrO₄^2-+3K⁺+3NO₂^-+2H₂O

Сr₂O₃+3NO₃^-+4OH^-→2CrO₄^2-+3NO₂^-+2H₂O

Cr⁺³-3e→Cr⁺⁶ │2

N⁺⁵+2e→N⁺³ │3

4) _{+2 +7 +2 +3}

10FeSO₄+2KMnO₄+8H₂SO₄→K₂SO₄+2MnSO₄+5Fe₂(SO₄)₃+8H₂O

10Fe²⁺+10SO₄^2-+2K⁺+2MnO₄^-+16H⁺+8SO₄^2-→

→2K⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+2SO₄^2-+10Fe³⁺+15SO₄^2-+8H₂O

10Fe²⁺+2MnO₄^-+16H⁺→2Mn²⁺+10Fe³⁺+8H₂O

Fe²⁺-e→Fe³⁺ │10

Mn⁷⁺+5e→Mn²⁺ │2