2. Экспериментальная часть

Содержание работы:

1. После ознакомления с теоретическим материалом выполнить опыт и записать наблюдения.

2. Записать уравнения реакций и расставить коэффициенты, используя метод электронного баланса.

Опыт 1. Реакции межмолекулярного окисления-восстановления

В опыте исследуются окислительные свойства перманганата калия в зависимости от реакции среды.

а) среда кислая

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Na₂SO₄ + H₂O + K₂SO₄.

В пробирку налить 2-3 мл 2 н. раствора Н₂SO₄ (среда) и 2 мл 1 н. раствора Na₂SO₃. Затем в пробирку непосредственно из склянки добавить раствор КМnO₄. Отметить, как изменится окраска КМnO₄.

б) среда щелочная

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH → K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

В пробирку налить 2 мл 0,5 н. раствора КМnO₄ и 2 мл концентрированного раствора КОН или NaOH, затем добавить 3-4 мл 1 н. раствора Na₂SO₃. Отметить, как изменится окраска КМnO₄.

в) Среда нейтральная

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O → MnO₂ + Na₂SO₄ + KOH.

В пробирку налить 2-3 мл 0,5 н. КМnO₄ и добавить столько же 1 н. раствора Na₂SO₃. Наблюдать выпадение осадка MnO₂.

Контрольные вопросы

1. Какие реакции называются окислительно-восстанови­тель­ными? Какой процесс называется окислением, какой восстановлением? Что такое окислитель и восстановитель?

2. Что называется степенью окисления?

3. Каким образом определяют степени окисления элемента в соединении и в составе иона?

4. Укажите, как изменяются окислительно-вос­становительные свойства элементов в пределах группы Периодической таблицы при движении сверху вниз или снизу вверх, и объясните это изменение.

5. Укажите, как изменяются окислительно-вос­становительные свойства элементов в пределах периодов Периодической таблицы при движении справа налево или слева направо, и объясните это изменение.

6. В каких группах Периодической системы элементов расположены элементы с ярко выраженными восстановительными и ярко выраженными окислительными свойствами?

7. Расположите элементы в порядке возрастания окислительной способности следующие элементы: Cl, Bi, Fr, Se, F, Br.

8. Какие из следующих молекул и ионов могут быть а) только окислителем; б) только восстановителем; в) проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя (в сложных ионах кислотных остатков рас­сматривать не кислород, а атом элемента, образующего кислоту): Ni, SO₃^2–, N₂, Sn²⁺, NO₂^–, F₂, Cu⁺, Cr³⁺, Cl₂, Cl^–, Fe, Fe⁺², Sn, Sn⁺². Объяснить, как это связано со степенью окисления элемента.

9. Типы окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, диспропорцирования, внутримолекулярного окисления-восстановления; написать примеры по двум последним типам.

10. Уметь найти окислитель и восстановитель и расставить коэффициенты в уравнении для окислительно-восстановительной реакции, пользуясь методом электронного баланса.

Лабораторная работа «гальванический элемент»

Цель работы:  составление и исследование работы гальванических элементов

1. Теоретическая часть

1.1. Электрохимический ряд напряжений

Преобразование химической энергии в электрическую осуществляется в устройствах, называемых химическими источниками тока или гальваническими элементами.

Химический характер какого-либо металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов.

Металлы, которые проявляют легкую способность окисляться, называют активными (Na, Al, Fe). Металлы, которые окисляются с большим трудом, называются малоактивными (Cu, Ag, Au). Если расположить металлы по уменьшению их способности к окислению (т.е. уменьшению тенденции их нейтральных атомов переходить в положительные ионы — катионы), то получится электрохимический ряд напряжений.

←Тенденция перехода в состояние катионов←

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Cr Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Ag Pt Au

Каждый металл вытесняет из раствора солей все другие металлы, стоящие правее его в электрохимическом ряду напряжений.

Пример. Кусочек цинка помещен в раствор сульфата меди. Написать окислительно-восстановительные процессы, протекающие в системе.

Решение. Активный металл — цинк переходит в раствор в виде ионов Zn²⁺, а малоактивный металл — медь, который в исходном растворе находится в форме ионов Cu²⁺, осаждается в свободном виде:

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu,

Zn⁰ + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu⁰.

Протекает окислительно-восстановительная реакция, в которой цинк окисляется:

Zn⁰ – 2ē → Zn²⁺,

а катионы меди восстанавливаются:

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰.

Подобные реакции всегда протекают, если более активный металл погружают в раствор соли менее активного металла, т.е. если более активный металл находится в форме простого вещества, а менее активный — в форме катионов. При этом первый металл окисляется, а второй восстанавливается.

Обобщая, сделаем вывод: атом металла будет восстановителем по отношению к катиону другого металла, который находится правее его в ряду напряжений; катион металла будет окислителем по отношению к атому другого металла, который находится левее его в ряду напряжений.

Подобные правила относятся и к водороду, так как и он, подобно металлам, может существовать в виде катионов H⁺. Все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот, а находящиеся справа от водорода действуют на катионы водорода как восстановители.