Окислительно-восстановительные реакции и реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов

ОПЫТ 1. В две пробирки внесите по 2-3 капли раствора H₂SO₄. В одну из них добавить 2-3 капли раствора барий хлорида, а в другую – металлический цинк. Что представляет собой осадок, выпавший в первой пробирке? Какой газ выделяется во второй пробирке?

ОПЫТ 2. Внесите в пробирку 2-3 капли раствора HCl и 4 капли фенолфталеина. Отметив полученный цвет индикатора, добавляйте по каплям раствор натрий гидроксид до появления малиновой окраски.

В другую пробирку внесите 2-3 капли концентрированной HCl и несколько кристаллов KMnO₄. Какие продукты образуются в результате реакции?

ОПЫТ 3. В одну пробирку внесите 1 микрошпатель порошка свинец (II) карбоната, а в другую столько же свинец (II) нитрата. Закрепив пробирки наклонно в металлическом штативе, нагрейте их в пламени спиртовки. Наблюдайте выделение газа в обеих пробирках.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Напишите уравнения реакций для каждого из этих опытов.

2. Укажите, какие из них относятся к окислительно-восстановительным?

3. Какие вещества являются окислителями и восстановителями?

Лабораторная работа № 2

Реакции окисления-восстановления без участия среды

ОПЫТ 1. В пробирку с 3-4 каплями раствора соляной или серной кислоты опустите металлическое железо. Отметьте выделение газа.

ОПЫТ 2. В пробирку с 5-6 каплями раствора CuSO₄ опустите металлический цинк. Как изменились поверхность цинка и цвет раствора?

ФОРМА ОТЧЕТА:

Напишите уравнения реакций и укажите окислитель и восстановитель.

Лабораторная работа № 3

Влияния рН среды на протекание ов реакций

ОПЫТ 1. В три пробирки внесите по 3-4 капли раствора KMnO₄. В первую пробирку добавьте 2-3 капли раствора H₂SO₄ (рН < 7), во вторую – 2-3 капли H₂O (рН ≈ 7), а в третью – 2-3 капли конц. раствора NaOH (рН > 7). Затем в каждую из пробирок внесите несколько кристаллов KNO₂ или Na₂SО₃. Тщательно перемешайте содержимое пробирки стеклянными палочками. Отметьте изменение окраски растворов во всех пробирках.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Напишите уравнения соответствующих реакций, учитывая, что фиолетовая окраска характерна для иона MnO₄ˉ, зеленая – для иона MnO₄²‾, бесцветная – для иона Mn²⁺, осадок бурого цвета – MnO₂.

2. Расставьте коэффициенты в уравнениях выполненных реакций методом ионно-электронных схем (метод полуреакций).

Лабораторная работа № 4

Окислительно-восстановительные реакции, в которых окислитель и восстановитель выполняют одновременно функцию среды

ОПЫТ 1. Внести в пробирку 5-8 капель H₂SO₄ конц. и кусочек цинка. Осторожно нагрейте содержимое пробирки и определите выделение серы (IV) оксида по его резкому характерному запаху. Через 3-5 минут появятся коллоидная сера и запах сероводорода.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Запишите соответствующие уравнения реакций и расставьте коэффициенты методом полуреакции.

2. В каждом случае укажите, количество вещества (моль) серной кислоты участвовавшей в реакции.

Лабораторная работа № 5

Реакции диспропорционирования

ОПЫТ 1. В пробирку с 5-6 каплями калий нитрита добавьте 2-3 капли раствора серной кислоты. Наблюдайте выделение бурого газа.

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Напишите уравнение реакции взаимодействия калий нитрита с серной кислотой.

2. Напишите уравнение реакции разложения образовавшейся азотистой кислоты с получением оксидов азота NO и NO₂.

3. Какая из этих реакций является окислительно-восстановительной?

4. Укажите окислитель и восстановитель.

5. ХОД ЗАНЯТИЯ:

Окислительно-восстановительными называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Для составления уравнений ОВР используют два метода: 1) метод электронного баланса; 2) электронно-ионный метод (метод полуреакций).

Метод электронного баланса рекомендуется использовать для реакций, протекающих в газовой или твердой фазах.

Электронно-ионный метод применяется для составления уравнений ОВР, протекающих в водных растворах. Этот метод основан на составлении двух полуреакций: для окисления восстановителя и восстановления окислителя, с последующим суммированием их в общее ионное уравнение. При использовании этого метода записывают полуреакции с ионами или молекулами сопряженных окисленной и восстановленной форм в том виде, как они существуют в растворе.

Метод полуреакций учитывает реально существующие в растворе ионы и молекулы, (слабые электролиты, газы и малорастворимые вещества записывают в молекулярном виде, сильные электролиты – в виде ионов).

Метод полуреакций учитывает роль среды. Если реакция протекает в кислой среде, то в полуреакции могут быть включены только молекулы H₂O и ионы водорода Н⁺. На каждый недостающий атом кислорода в одной из частей полуреакции нужно добавить по одной молекуле воды, тогда во вторую часть полуреакции пойдет удвоенное число ионов водорода.

Составим уравнение реакции окисления натрий сульфита калий перманганатом в кислой среде:

5 Na₂SO₃ + 2 KМnO₄ + 3 H₂SO₄  5 Na₂SO₄ + 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + 3 H₂O

SO₃²ˉ + H₂O – 2 ē → SO₄²ˉ + 2 H⁺ 5

MnO₄ˉ + 8 H⁺ + 5 ē → Mn²⁺ + 4 H₂O 2

5SO₃²ˉ + 5H₂O + 2MnO₄ˉ + 16H⁺ → 5SO₄²ˉ + 10H⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

После приведения подобных членов, получим краткое ионное уравнение реакции:

5 SO₃²ˉ + 2 MnO₄ˉ + 6 H⁺ → 5 SO₄²ˉ + 2 Mn²⁺ + 3 H₂O

По ионному уравнению расставляют коэффициенты в молекулярном уравнении химической реакции.

Если реакция протекает в щелочной среде, то в полуреакции могут быть включены только молекулы воды и ионы ОНˉ. На каждый недостающий в одной из частей полуреакции атом кислорода нужно добавить по два иона ОНˉ, тогда во вторую части реакции пойдет уменьшенное в два раза число молекул воды.

Na₂SO₄ + 2 KМnO₄ + 2 KOH Na₂SO₄ + 2 K₂MnO₄ + H₂O

SO₃²ˉ + 2 OHˉ – 2 ē → SO₄²ˉ + H₂O 1

MnO₄^‾ + 1 ē → MnO₄²ˉ 2

SO₃²ˉ + 2 OHˉ + 2 MnO₄ˉ → SO₄²ˉ + H₂O + 2 MnO₄²ˉ

Если реакция протекает в нейтральной среде, то в полуреакции могут быть включены молекулы воды и ионы Н⁺,ОНˉ.

Таким образом, при составлении уравнений ОВР методом полуреакций следует придерживаться такого порядка:

1) составить схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся в условиях реакции ионов и молекул;

2) уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой части полуреакции;

3) уравнять суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции, для чего прибавить или отнять необходимое число элетронов;

4) подобрать множители для полуреакций так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении;

5) сложить уравнения полуреакций и написать суммарное ионное уравнение;

6) расставить коэффициенты в молекулярном уравнении реакции.

6. вопросы ДЛЯ САМОконтроля знаний:

1. Окислительно-восстановительные реакции. Важнейшие окислители и восстановители.

2. Типы ОВР (межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования). Методы расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР.

3. Влияние кислотности среды на протекание ОВР. Написать уравнения реакций взаимодействия KMnO₄ с KNO₂ в различных средах (кислой, нейтральной и щелочной), расставить коэффициенты в соответствующих уравнениях реакций методом полуреакций.

4. Закончите уравнения следующих ОВ реакций и расставьте коэффициенты методом полуреакции:

а) KMnO₄ +FeSO₄ + H₂SO₄ →

б) KMnO₄ +K₂SО₃ + KOH →

в) KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ →

г) K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ →

д) K₂Cr₂O₇ + KI + HCl →

7. ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ:

1. Конспект лекций.

2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для мед. спец. вузов / Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – М.: Высш. шк., 2005. – с. 131-139;

3. Ленский, А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию: Учебн. пособие для студ. мед. вузов / А.С. Ленский. − М.: Высш. шк, 1989. – с. 231-241.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. Суворов, А.В.Общая химия. / А.В. Суворов, А.Б. Никольский. – СПб: Химия, 1994 г. – с. 271-287;

2. Зеленин, К.Н. Химия. / К.Н. Зеленин. – СПб: Специальная литература, 1997 г. – с. 184-187.

Авторы: Зав. кафедрой, доцент, к.х.н. Лысенкова А.В., доцент, к.х.н. Филиппова В.А., ст. преподаватели Прищепова Л.В. Чернышева Л.В., Одинцова М.В., ассистенты Короткова К.И., Перминова Е.А

06.09.2010

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра общей и биоорганической химии

Обсуждено на заседании кафедры ___________________

Протокол №_____________________________________