- •1.Эквивалент. Закон эквивалентов
- •Эквивалент в данной химической реакции
- •Задачи для самостоятельного решения Эквиваленты основных классов соединений, закон эквивалентов
- •Эквивалент в данной химической реакции
- •2. Состав растворов
- •500 Г раствора - 100 %
- •50 Г растворенного вещества - х %,
- •Пересчет См в Сн и наоборот
- •Пересчет Сн и См в массовую долю и обратно
- •Смешение растворов
- •Задачи для самостоятельного решения Массовая доля
- •Молярная и нормальная концентрации
- •Пересчет концентраций в массовую долю и наоборот
- •Смешивание растворов
- •3. Закон эквивалентов для растворов
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Реакции окисления-восстановления Классификация окислительно-восстановительных реакций
- •Восстановители и окислители
- •Важнейшие восстановители
- •Составление уравнений овр методом полуреакций
- •Эквивалент вещества в овр
- •Окислительно-восстановительный потенциал. Уравнение Нернста. Эдс реакции
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5. Химическая кинетика
- •Влияние концентрации (давления)
- •Влияние температуры
- •137 КДж/моль.
- •Влияние катализатора
- •Химическое равновесие
- •Задачи для самостоятельного решения Необратимые реакции
- •Химическое равновесие
- •6. Элементы химической термодинамики
- •Направление химических реакций
- •Задачи для самостоятельного решения Термохимические расчеты
- •Химическая термодинамика и направление процессов
- •Электролитическая диссоциация. Водородный показатель
- •Расчет концентрации ионов в растворе одного вещества
- •Расчет концентрации ионов в растворе нескольких веществ
- •Задачи для самостоятельного решения
- •8. Гидролиз солей
- •Задачи для самостоятельного решения
- •9. Растворимость. Равновесие осадок - раствор Растворимость
- •Равновесие осадок-раствор. Произведение растворимости.
- •Влияние посторонних веществ на растворимость
- •Задачи для самостоятельного решения Растворимость
- •Равновесие осадок-раствор. Пр
- •Влияние посторонних веществ на растворимость
- •Комплексные соединения
- •Задания для самостоятельной работы
- •11. Электронное строение атомов
- •Физический смысл квантовых чисел
- •Строение электронных
- •Правила заполнения электронных орбиталей
- •Электронное строение атомов и таблица химических элементов
- •Валентность атомов
- •Задания для самостоятельной работы
- •Приложение
- •1.Константы диссоциации воды и некоторых слабых кислот и оснований в водных растворах (0.1 n)
- •2.Произведение растворимости труднорастворимых в воде веществ при 25оС
- •3.Константы нестойкости некоторых комплексных ионов
- •4.Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы некоторых систем в водных растворах при 25оС
- •5.Стандартные энтальпии образования н0f , энтропии s0 и энергии Гиббса образования g0f некоторых веществ
- •Литература
- •Содержание
- •Эквивалент. Закон эквивалентов ............................................ 3
Восстановители и окислители
Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются.
К окислителям относятся простые и сложные вещества, которые содержат элементы, обладающие характерным свойством присоединять электроны. Сильные окислительные свойства проявляют фтор, озон, кислород, галогены и другие неметаллы. Окислительные свойства характерны для KMn+7O4, K2Cr62+O7, Pb+4O2, NaBi+5O3, HN+5O3, концентрированной H2S+6O4 и других веществ, которые содержат атомы элементов в высших степенях окисления.
Вещества, содержащие элементы с промежуточной степенью окисления - Mn4+O2, HN3+O2, H2O21-, S+4O2 и другие - могут понижать и повышать свою степень окисления и поэтому, в зависимости от условий, могут проявлять свойства окислителей и восстановителей, например:
2SO2 + O2 2SO3 SO2 - восстановитель
SO2 + 2H2S 3S + 2H2O SO2 - окислитель
Неметаллы в свободном состоянии также могут обладать двойственными окислительно-восстановительными свойствами. Атомы металлов в реакциях окисления - восстановления обладают только восстановительными свойствами.
Важнейшие окислители
1.Неметаллы F2, O3, O2, Cl2, Br2.
2.Соединения, содержащие атомы металлов или неметаллов в высшей степени окисления: KMnO4, K2Cr2O7, PbO2, НNO3, концентрированная H2SO4.
Важнейшие восстановители
1.Активные металлы.
2.Некоторые неметаллы H2, C.
3.Соединения неметаллов в низшей степени окисления: H2S, HI, NH3.
4.Соединения металлов и неметаллов в промежуточной степени окисления: FeSO4, CO, SnCl2, Na2SO3.
5.Органические вещества: H2C2O4, C2H5OH, C6H12O6.
Составление уравнений овр методом полуреакций
Метод полуреакций основан на составлении ионных уравнений для процессов окисления восстановителя и восстановления окислителя с последующим суммированием их в общее ионное уравнение. При составлении уравнений методом полуреакций необходимо руководствоваться следующими правилами.
1. Если участники ОВР - восстановитель, окислитель и продукты их взаимодействия - сильные электролиты, то они записываются в виде ионов; а слабые электролиты, газы и вещества, выпадающие в осадок - в виде молекул. Продукты реакции устанавливаются на основании известных свойств элементов.
2. Если исходное вещество содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то освобождающийся кислород связывается в кислых растворах ионами Н+ с образованием молекул воды, а в нейтральных и щелочных растворах - молекулами воды с образованием гидроксид-ионов, например:
MnO4- + 8H+ + 5 e Mn2+ +4H2o,
MnO4-+2H2O+3 e MnO2 + 4OH.
3. Если исходное вещество содержит меньше атомов кислорода, чем продукт реакции, то недостаток их восполняется в кислых и нейтральных растворах за счет молекул воды, а в щелочных - за счет гидроксид-ионов. При этом образуются ионы водорода (в кислых и нейтральных растворах) и молекулы воды (в щелочной среде), например:
SO32-+H2O - 2 e SO42-+2H+ ,
SO32- + 2OH- - 2 e SO42-+H2O.
4. Коэффициенты для полуреакций окисления и восстановления подбираются таким образом, чтобы количество отданных и принятых электронов было одинаково.
5. Для каждой из полуреакций и суммарного уравнения ОВР должны выполняться правила сохранения материального баланса и баланса электрических зарядов - количество атомов каждого вида и суммарный заряд в левой и правой частях уравнений должны быть одинаковы.
Применение перечисленных правил поясним на примере. Если через подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия KMnO4 пропускать сероводород H2S, то малиновая окраска исчезает и раствор мутнеет. Опыт показывает, что помутнение раствора происходит в результате образования элементарной серы: H2S S. Для уравнивания зарядов от молекулы сероводорода надо отнять два электрона (что полностью соответствует изменению степени окисления серы с -2 до 0) и в итоге получаем первую полуреакцию - процесса окисления восстановителя - сероводорода:
Н2S - 2 e S + 2H+ .
Обесцвечивание раствора перманганата калия связано с переходом иона MnO4- (имеет малиновую окраску) в ион Mn2+ (почти бесцветный), что можно выразить схемой MnO4- Mn2+. В кислом растворе кислород, входящий в состав ионов MnO4- , связывается ионами водорода Н+ в молекулы воды (на 4 атома кислорода в ионе MnO4- необходимо 8 Н+), что может быть записано в виде схемы:
MnO4- + 8 Н+ Mn2++4H2O .
Чтобы уравнять заряды (заряды исходных веществ - (+7), конечных - (+2)), необходимо к исходным веществам прибавить 5 электронов (что полностью согласуется с уменьшением степени окисления у марганца с (+7) до (+2)):
MnO4-+8H++5 e Mn2++4H2O.
Это есть вторая полуреакция - процесс восстановления окислителя - MnO4-.
Для составления общего уравнения реакции надо уравнения полуреакций почленно суммировать, предварительно уравняв число отданных и полученных электронов. Для этого определяют соответствующие множители (в приведенном примере 5 и 2), на которые умножаются полуреакции. Проведенные операции записываются следующим образом:
H2S - 2 e S + 2H+ 5
MnO4- + 8H+ + 5 e Mn2++4H2O 2
5H2S + 2MnO4- + 16H+ 5S +10H+ +2Mn2++8H2O
После приведения подобных членов (ионов Н+) окончательно получаем
5H2S + 2MnO4- +6H+ 5S + 2Mn2++8H2O.
Проверяем материальный баланс; баланс зарядов в левой и правой частях уравнения: -2+(+6) = 2(2+).
Методом полуреакций составляется сокращенное ионное уравнение реакции. Чтобы от ионного уравнения перейти к молекулярному, необходимо в левой части ионного уравнения к каждому аниону и катиону подобрать соответствующий катион и анион. Затем такие же ионы в таком же количестве записываются в правой части уравнения, после чего ионы объединяются в молекулы, и окончательно получаем
2K++3SO42-+ 5H2S+2MnO4- +6H+ 2K++3SO42-+ 5S + 2Mn2++8H2O,
5H2S + 2KMnO4+3H2SO4 5S+2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O.
Реакции окисления-восстановления могут протекать в различных средах: в кислой (избыток Н+ - ионов), нейтральной (Н2О) и щелочной (избыток гидроксид-ионов ОН-). В зависимости от среды может изменяться характер протекания реакции между одними и теми же веществами; среда также влияет на изменение степени окисления атомов. Ниже приводятся схемы восстановления в зависимости от среды раствора наиболее типичных окислителей: KMnO4, H2O2, K2Cr2O7.
Перманганат калия в водных растворах полностью диссоциирует с образованием перманганат-иона MnO4-, который обуславливает окислительные свойства и малиновый цвет растворов. В кислой среде в присутствии восстановителей протекает реакция
MnO4-+8H++5 e- Mn2++4H2O,
раствор становится бесцветным. В нейтральной среде протекает другая реакция
MnO4-+ 2Н2О + 3 е- MnO2 + 4OH- ,
сопровождающаяся выделением бурого осадка MnO2. В нейтральной среде малиновый цвет меняется на светло-зеленый, обусловленный образованием манганат-ионов:
MnO4-+ е- MnO42-.
Обычно для создания в растворе кислой среды используют серную кислоту. Азотную и соляную кислоты применять не рекомендуется: азотная кислота сама является окислителем, соляная кислота способна окисляться. Для создания щелочной среды применяют растворы КОН и NaOH.
Пероксид водорода восстанавливается также по-разному в зависимости от среды:
кислая H2O2 + 2H+ + 2 e- 2H2O ,
щелочная и нейтральная H2O2 + 2 e- 2OH- .
Однако с очень сильными окислителями (KMnO4, K2Cr2O7, (NH4)2S2O8) пероксид водорода выступает как восстановитель:
Н2О2 - 2 е- О2 + 2Н+ .
Хром в своих соединениях имеет устойчивые степени окисления +6 и +3. В первом случае соединения хрома проявляют свойства окислителей, во втором - восстановителей. В зависимости от среды для соединений Cr (VI) имеет место равновесие :
2CrO42- + 2H+ Cr2O72-+H2O; Cr2O72- +2OH- 2CrO42- + H2O .
В кислой среде ионы Сr2O72- - сильные окислители, они восстанавливаются до соединений Cr3+:
Сr2O72- + 14H++6 e- 2Cr3++7H2O.
В щелочной среде ионы Cr(OH)63- окисляются до ионов CrO42-:
Cr(OH)63- + 2OH- - 3 e- CrO42- + 4H2O.
Достоинство метода полуреакций по сравнению с методом электронного баланса состоит в том, что в нем применяются не гипотетические ионы, а реально существующие. При методе полуреакций не нужно знать степеней окисления атомов, и видна роль среды как активного участника всего процесса. Наконец, при использовании метода полуреакций не нужно знать все получающиеся вещества: они появляются в уравнении реакции при выводе его.
ВНИМАНИЕ: основная ошибка, приводящая к неверным результатам, - проставление в полуреакциях не зарядов частиц, а степеней окисления атомов.