Методические рекомендации. Для протекания химической реакции окисления-восстановления необходимо присутствие

Для протекания химической реакции окисления-восстановления необходимо присутствие атомов, молекул или ионов взаимно противоположных по способности отдавать или присоединять электроны. Часто процессы окисления и восстановления выражают электронными уравнениями. В них указываются изменения степени окисления атомов и число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем.

Восстановитель - е = окислитель

Окислитель + е = восстановитель

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакции соблюдается такая последовательность:

- в исходных веществах сначала записать восстановитель, затем окислитель и среду (если это необходимо);

- в продуктах реакции - сначала продукт окисления восстановителя, затем продукт восстановления окислителя, затем другие вещества;

- указывается степень окисления исходных и конечных веществ.

Применяются два метода составления уравнений окислительно-восстановительных реакций: метод полу реакций; метод электронного баланса.

Пример:

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ →S⁰ + MnSO₄ + K₂S0₄ + H₂O

Определяем степени окисления атомов до и после реакции

H₂S^-2 + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ → S° + Mn⁺² SO₄ + K₂S0₄ +H₂0

Затем составляем электронное уравнение; т.е. изображаем процессы отдачи и присоединения электронов методом электронного баланса:

Окисление S^-2 -2е → S⁰ 5 восстановитель

восстановление Мn⁺⁷ + 5е → Мn⁺² 2 окислитель

Находим коэффициенты, из электронного уравнения видно, что надо взять 5 молекул H₂S и 2 молекулы КМnО₄

Окислительное уравнение имеет вид:

5H₂S + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5S + 2MnSO₄ + K₂ SO₄ +8H₂O

2 Для установления количественной связи между ЭДС гальванического элемента и константной равновесия протекающий в нем реакции служит уравнение Нернста. Оно выражает зависимость электродного потенциала от активностей потенциалопределяющих веществ полуреакций:

E=E⁰+ ln

где Е – окислительно –восстановительный потенциал;

Е ⁰ - стандартный электродный потенциал (таб.вел)

R – универсальная газовая постоянная; (8,314ДПС)

Т – температура;

n – число электронов, принимаемых окисленной формы при превращении её в восстановленную форму;

F – постоянная Фародея (96500кл)

[окис]; [вост] –концентрация ионов окисленной и восстановленной формы

В результате подстановки числовых значений постоянных R, F.T и замены натурального логарифма на десятичный уравнение Нернста принимает вид:

E=E⁰+ lg

Например для полуреакции

MnO₄^-+8H⁺+5 ē=Mn²⁺+H₂O

E _{MnO4/ Mn2+}= E⁰ _{MnO4/ Mn2+}= lg

a _H2O =1, то уравнение приобретает вид:

E _{MnO4/ Mn2+}= E⁰ _{MnO4/ Mn2+}= lg

Реакции окисления - восстановления протекает слева направо только тогда, когда ЭДС гальванического элемента, образованного из полуэлементов – электродов, является положительной величиной. ЭДС >0.

Контрольные вопросы

1 Вычислите степень окисления азота в следующих соединениях:

.NН₃→ NН₂ОН→NО^-→ NО₂→ NО₃^-

Какой процесс (окисление или восстановление) происходит на каждой из

стадий приведенной схемы?

2 Определите степень окисления фосфора в молекулах фосфина (РН₃) и дисфосфина (Р₂Н₆). Какую роль (окислителя или восстановителя) могут играть эти вещества?

3 Вычислите степени окисления атомов в следующих соединениях:

К₂СrO₄, НNО₃, Fe Cl₃, S₈, SO₃, К NО₂, Cl(SO₄)₂, Nа₂ S, КI, Fe SO₄? HClO₄, NН₄NO₃.

Какие роли (окислителей или восстановителей) могут играть эти вещества в реакциях?

4 В приведенных ниже уравнениях окислительно- восстановительных реакции расставьте коэффициенты:

а) Mg+HCl→ MgCl₂+H₂

б) Cu+ HNO₃→Cu (NO₃)₂+NO+ H₂O

в) AgNO₃+Zn→Zn(NO₃)₂+Ag

г) KMnO₄+KNO₂+H₂SO₄→MnSO₄+KNO₃+K₂ SO₄+ H₂O

д) KMnO₄+K₂S+ H₂O→ MnO₂+S+KOH

Рекомендуемая литература

Основная:

1 Хомченко Г.П., Цитович И.К. «Неорганическая химия» М. Высшая школа. 1998г.

2 Князев Д.А., Смарыгин С.Н. «Неорганическая химия» М. Высшая школа. 1990г. глава 12 стр. 152-169

Дополнительная:

3 Ахметов Н.С.Общая неорганическая химия; М.: Высшая школа, 1988

4 Платонов Ф.П. Дейкова З.Е. Практикум по неорганической химии. М.: Высш. шк. , 1985, стр.124-152.

Лабораторная работа