Занятие №2 Методические указания для студекнтов
ТЕМА: Окислительно – восстановительные реакции. Электродные потенциалы.
ЦЕЛЬ: Закрепить знания по окислительно - восстановительным реакциям. Изучить основы электрохимии.
Теоретические вопросы.
Окислительно – восстановительные реакции. Степень окисления. Классификация окислительно – восстановительных реакций..
Окислители и восстановители. Процесс окисления и восстановления.
Электролиз. Электролиз расплавов. Процесс на катоде и на аноде.
Электролиз растворов на инертных электродах. Электродные процессы на катоде и на аноде. Суммарное уравнение процесса. Закон Фарадея.
Гальванические элементы. Элемент Даниэля – Якоби. Строение. Краткая запись.
Процессы на катоде и на аноде. ЭДС гальванического элемента. Электродные потенциалы. Формула Нернста.
Определение электродных потенциалов. Водородный электрод. Формула Нернста. Ряд напряжения металлов.
Аккумуляторы. Примеры. Процессы при работе свинцового аккумулятора.
Электрохимическая коррозия. Анодное и катодное покрытие.
Окислительно – восстановительные реакции
Окислительно – восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции протекающие с изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.
Степенью окисления элемента в соединении называют формальный заряд атома элемента, вычисленный из предположения, что валентные электроны переходят к атомам с большей относительной электроотрицательностью (ОЭО) и все связи в молекуле соединения являются ионными.
Степень окисления элемента указывается вверху над символом элемента со знаком «+» или (–) перед цифрой. Степень окисления элемента рассчитывается из положения, что сумма степеней окисления элементов в соединении равна нулю.
В окислительно – восстановительных реакциях протекают два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление. Вещества, атомы или ионы, которые отдают электроны, называются восстановителями, процесс отдачи электронов называется окислением. Таким образом, восстановители в ОВР окисляются. Алгебраическая величина степени окисления восстановителя повышается. Вещества, атомы или ионы которых присоединяют электроны, называются окислителями, процесс присоединения электронов называется восстановлением. Окислители в ОВР восстанавливаются. В результате процесса восстановления алгебраическая величина степени окисления окислителя понижается.
Важнейшими восстановителями являются:
а) все простые вещества металлы, наиболее активные восстановители – щелочные и щелочноземельные металлы.
б) сложные вещества, молекулы, которых содержат элементы в низшей степени окисления – метан CH4, силан SiH4, аммиак NH3, фосфин PH3, нитриды и фосфиды металлов (Na3N Ca3P2) , сероводород H2S, галогенводороды (HI, HCI, HBr) галогениды металлов, гидриды металлов (NaH, CaH2).
Важнейшими окислителями являются:
а) простые вещества – неметаллы с наибольшим значением электроотрицательности - фтор F2, кислород O2, хлор CI2.
б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в высшей степени окисления – перманганат калия KMnO4, бихромат калия K2Cr2O7, азотная кислота HNO3, и ее соли нитраты, концентрированная серная кислота H2SO4, оксид свинца (IV) PO2, хлорная кислота HCIO4 и ее соли перхлораты и др.
Вещества, содержащие атомы в промежуточных степенях окисления могут как восстановителями (при действии более активного, чем они окислителя), так и окислителями (при действии более активного, чем они восстановителя) е вещества проявляют окислительно – восстановительную двойственность.
ТИПЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
1) Межмолекулярные окислительно – восстановительные реакции, окислитель и восстановитель входят в состав молекул различных веществ.
+4 +7 +6 +2
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5 Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Na2SO3 - восстановитель, сера меняет степень окисления от +4 до +6
KMnO4 –окислитель, марганец меняет степень окисления с +7 до +2
2) внутримолекулярные окислительно – восстановительные реакции.
В этих реакциях и окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества.
_-3 +6 0 +3
(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O
Восстановитель азот, меняет степень окисления от -3 до 0,
окислитель хром, меняет степень окисления от +6 до +3.
3) реакции диспропорционирования, при которых один и тот же элемент, находящийся в промежуточной степени окисления является и иокислителем и восстановителем.
0 -1 +1
2CI2 + 2Ca(OH)2 = CaCI2 + Ca(CIO)2 + 2H2O