Тема: Окислительно-восстановительные реакции

1. Рассчитайте степень окисления подчеркнутых элементов. Объясните, какую роль они могут выполнять в ОВР: быть а) только окислителем; б) только восстановителем; в) и окислителем, и восстановителем
	BiO3-, NaBr, VO2		CO, BrO-, H2Se
	NO3-, Zn0, SO32-		Mn2+, ClO4- , Cu
	BrO-, AlO2- , I-		AsO43-, Mg , MnO2
	NO3-, NO, Cr2O72-		SO42-, SeO32-, H2O
	ReO4-, IO-, NH4OH		IO4-, Cr2O3 , Hte-
	SeO42-, Br-, ClO3-		Fe2O3 , Na2S, WO42-
	H2S, CrO42-, NO2		NO2, PbO32-, Sn
	VO3-, Cl2 , GeO32-		PO3-, TiO2 , ClO-
	ClO2-, TiO, AuO33-		AlO2-, PbO22-, Ca
	CO2 , MnO42-, NH4+		SbO43-, N2 , NaI
	Fe2O3, MnO4-, Br-		CrO2-, MnO4-, NH3
	PbO2 , Ni , I2		N2H4, Cr2O3, CrO42-,
	PO43-, O3, SbO43-		NH2OH, VO2+, Ni
	VO2+, PO43-, H2S		NO , H2Te, (VO2)+
	HF, (MnO4)2-, CrO42-		MoO42-, (GeO2 )2-, PH3

2. Составьте электронно-ионные схемы и молекулярные уравнения ОВР. Укажите окислитель и восстановитель
	KMnO4+KI+H2O ® MnO2, J2	Ni+HCl
	Cr2O3+KNO3+NaOH ® CrO42-, NO2-	Ni+H2SO4конц., t° ®
	MnO2+KNO3+KOH ® MnO42-, NO2-	Co+HNO3разб.
	KMnO4+KI+NaOH ® MnO42-, IO3-	Co+H2SO4разб.
	K2Cr2O7+FeSO4+H2SO4 ® Fe3+, Cr3+	Co+HCl
	KMnO4+V2(SO4)3+H2O ® MnO2, VO2+	Co+H2SO4конц.
	K2MnO4+Na2SO3+H2O ® MnO2, SO42-	Fe+H2SO4разб.
	MnSO4+PbO2+HNO3 ® MnO2, Pb2+	Fe+H2SO4конц., t° ®
	Cr2(SO4)3+NaClO+NaOH ® CrO42-, Cl-	Fe+HCl
	Mn(NO3)2+NaBiO3+H2SO4 ® MnO4-, Bi3+ kBBBiBi3+	Fe+HNO3разб.
	Cr2O3+KClO3+NaOH ® CrO42-,Cl-	Fe(OH)2+O2+H2O
	K2Cr2O7 +H2S+H2SO4 ® Cr3+, S	Ni + O2 +H2O
	FeCl3+Cl2+KOH ® FeO42-, Cl-	Sn + H2O + O2
	Ni(OH)2+NaClO + H2O ® Ni(OH)3, Cl-	Co + NaOH + O2 + H2O
	Co(OH)3+HCl ® Co2+, Cl2	Ni + NaOH + O2
	Na2SO3+K2Cr2O7+H2SO4 ® Cr3+, SO42-	Cr + H2O
	HCl + HNO3 ® Cl2, NO	Cr + H2O + O2
	Fe2O3+KNO3+NaOH ® FeO42-, NO2-	Sn + NaOH + O2 + H2O
	H2S + Cl2+H2O ® SO42-, Cl-	Mg+HNO3разб.
	Fe2(SO4)3+Na2S+H2SO4 ® Fe2+, S	Zn+H2SO4конц.
	K2Cr2O7 +HCl ® Cr3+, Cl2	Cu+H2SO4конц.
	KCrO2 + Cl2 + KOH ® CrO42-, Cl-	Ti+HNO3конц.
	NaNO3 + Zn + NaOH ® ZnO22-, NH3	Ti+O2+NaOH + H2O
	SO2 + NaJO3 + H2O ® SO42-, I-	Cu + H2SO4конц.
	FeCl2+KMnO4+H2SO4 ® Fe3+, Mn2+	Al + NaOH + H2O
	FeCl2 + HNO3 + HCl ® Fe3+, N2O	Fe + H2O + O2
	MnO2+KClO3+KOH ® MnO42-,Cl-	Zn + HCl + O2
	KMnO4+NaNO2+H2SO4 ® Mn2+, NO3-	Zn + O2+NaOH + H2O
	KMnO4+Na2SO3+NaOH ® MnO42-, SO42-	Cu + O2+NaOH + H2O
	K2Cr2O7+SnCl2+H2SO4 ® Sn4+, Cr3+	Al+HNO3разб.

^5. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ.Bi³⁺

Коррозия металлов - это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металла под действием окружающей среды.

Коррозия
Химическая	Электрохимическая
Возникает в отсутствии электролита: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3; 4Al + 3O2 = 2Al2O3.	Происходит в присутствии электролита и сопровождается возникновением микротоков в микрогальваноэлементах

Пример 1. Рассмотрим процессы, происходящие при коррозии цинковой пластинки, склепанной с железной, в кислой среде. В этом случае образуется гальванопара Zn½Fe.

Выписываем окислительно-восстановительные потенциалы обоих металлов в данной среде по таблице (см.приложение 5):

j⁰Zn²⁺/Zn = -0,76 B, j⁰Fe²⁺/Fe = -0,44 B;

Определяем по потенциалам более активный металл (с меньшим значением потенциала):

j⁰Zn²⁺/Zn < j⁰Fe²⁺/Fe.

Более активный металл - Zn. Цинк разрушается в первую очередь, т.е. теряет электроны, является восстановителем

Zn⁰ - 2e ® Zn²⁺.

Второй металл (Fe) не разрушается, он является проводником электронов. e

Zn½Fe

HCl e

Окислителем является среда - кислая (ионы H⁺ принимают электроны), нейтральная (H₂O) или щелочная (H₂O). В нашем примере роль окислителя выполняют ионы H⁺.

Выписываем потенциал окислителя для кислой среды, имея в виду, что О₂ в данном примере отсутствует

j⁰ 2Н⁺/Н₂ = 0 В.

Процесс восстановления ионов водорода происходит на железе

на Fe: 2H⁺ + 2e ® H₂.

Суммарный процесс при коррозии гальванопары Zn½Fe записываем в следующей форме: HСl

1 Zn⁰ - 2e ® Zn²⁺

на Fe: 1 2H⁺ + 2e ® H₂⁰

Zn⁰ + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂

Молекулярное уравнение коррозии:

Zn⁰ + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ (на Fe ).

Более активный металл является анодом (А), менее активный - катодом (К).

А(-) Zn½Fе К(+) j_ок > j_вос

HCl коррозия возможна,

разрушается цинк.

Пример 2. Рассмотрим коррозию латуни (сплава цинка и меди) в щелочном растворе в присутствии кислорода Zn | Cu

NaOH+ H₂O + O₂.

Выписываем окислительно-восстановительные потенциалы обоих металлов в щелочной среде по таблице (см. приложение 5):

j⁰ZnO₂^2-/Zn = -1,22 B, j⁰Cu(OH)₂/Cu = -0,22 B.

Определяем по потенциалам более активный металл - Zn. Цинк разрушается в первую очередь, является восстановителем

Zn⁰ - 2e + 4OH^-® ZnO₂^2-+ H₂O.

Второй металл (Cu) не разрушается, он является проводником электронов . e

Zn | Cu

NaOH+ H₂O + O₂ ^e

Окислителем в данном примере может быть O₂ и H₂O. Выписываем потенциалы окислителей для щелочной среды из таблицы (см.приложение 5):

j⁰ 2H₂O/H₂ = -0,83 B

j ⁰ O₂/4OH > j⁰ 2H₂O/H_2.

j⁰ O₂/4OH^-= +0,40 B

Окислитель выбираем с большим потенциалом (O₂).

Процесс восстановления кислорода происходит на меди

на Cu: O₂ + 4e + 2H₂O → 4OH^-.

Суммарный процесс при коррозии латуни в щелочной среде в присутствии кислорода записываем в следующей форме:

2 Zn⁰ - 2e + 4OH^-® ZnO₂^2-+ H₂O

на Сu: 1 O₂ + 4e + 2H₂O → 4OH^-

2Zn + 8OH^- + O₂ + 2H₂O ® 2 ZnO₂^2-+ 4H₂O + 4OH^-

2Zn + 4OH^- + O₂ ® 2 ZnO₂^2-+ 2H₂O.

Молекулярное уравнение коррозии:

2Zn + 4NaOH + O₂ ® 2Na₂ZnO₂ + 2H₂O.

Более активный металл Zn - анод, Cu - катод

е

(-)А Zn | Cu (+К)

NaOH+ H₂O + O₂ e

j_ок > j_вос, коррозия возможна, разрушается цинк.

Домашнее задание № 5

Тема: Коррозия металлов

Рассмотрите коррозию двух металлов в указанной среде: запишите электродные процессы, молекулярное уравнение; укажите металл, который разрушается под действием окислителя; укажите окислитель

№	Гальвано пара	Коррозионная среда	№	Гальвано пара	Коррозионная среда
	Zn½Sn	HCl + O2		Mg½Zn	H2O + O2
	Al½Fe	HCl		Al½Cu	NaOH + H2O
	Ni½Fe	H2O + O2		Al½Co	NaOH + H2O
	Co½Zn	H2O		Fe½Ag	HCl
	Fe½Zn	H2O + O2		Fe½Ni	HCl + O2
	Al½Cu	NaOH + H2O+ O2		Ni½Sn	H2O
	Cr½Ni	H2O		Mg½Sn	H2O + O2
	Ni½Cu	HCl + O2		Pb½Ni	NaOH + H2O
	Sn½Cu	H2O + O2		Cu½Al	NaOH +H2O + O2
	Mg½Al	H2O		Zn½Ni	HCl + O2
	Pb½Fe	NaOH + H2O		Zn½Al	NaOH +H2O + O2
	Co½Mg	NaOH + H2O		Zn½Sn	H2O + O2
	Zn½Cu	H2SO4разб.		Fe½Mg	NaOH +H2O + O2
	Cu½Sn	H2SO4разб. + O2		Zn½Fe	HCl
	Mg½Fe	H2O		Cu½Zn	NaOH + H2O

ПРИЛОЖЕНИЯ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Примерный вариант итогового тестового задания.

Часть А.

Из четырех вариантов ответов выберите один правильный.

А1. Кислотным оксидом является:

1) FeO 3) ZnO

2) CrO₃ 4) MnO₂

A2.C водой при высокой температуре реагирует:

1) Au 3) Fe

2) Ag 4) Cu

А3. С бромоводороднойной кислотой реагируют оба вещества:

1) CuO и SO₃ 3) CrO и Fe₂O₃

2) SO₃ и CrO 4) Fe₂O₃ иMn₂O₇

A4.Соляная кислота реагирует с каждым из веществ:

1) Ag и Na₂CO₃ 3) Fe и KNO₃

2) Al и Cu(OH)₂ 4) CuO и H₂SO₄

А5. Карбонат кальция реагирует с каждым из веществ:

1) NaOH и H₂O 3) Zn и Ca(OH)₂

2) KCl и SO₃ 4) HCl и H₂CO₃

A6.В цепочке превращений Fe₂O₃ →X →FeCl₂ веществом Xявляется:

1) FeSO₄ 3) Fe₂(SO₄)₃

2) Fe 4) Fe(OH)₃

А7. Слабым электролитом является вещество:

1) BaSO₄ 3) HCl

2) Ca(NO₃)₂ 4) KNO₃

A8.Левая часть краткого ионного уравнения реакции

Co²⁺+2OH^- → соответствует взаимодействию в растворе:

1) нитрата кобальта(II) и воды

2) хлорида кобальта (II) и гидроксида цинка

3) сульфида кобальта (II) и гидроксида натрия

4) нитрата кобальта (II) и гидроксида натрия

A9.Реакция возможна между водными растворами веществ, формулы которых:

1) KOH и LiCl 3) NaOH и K₂SO₄

2) Cu(NO₃)₂ и FeCl₂ 4) K₂CO₃ и HNO₃

А10. Фенолфталеин станет малиновым в растворе:

1) сульфита натрия 3) хлорида цинка

2) сульфата калия 4) хлорида кальция

A11.Степень окисления +6 проявляет железо в соединении:

1) Fe₂(SO₄)₃ 3) Fe₃O₄

2) Fe(OH)₂ 4) K₂FeO₄

А12. В окислительно-восстановительных реакциях только восстановителем является:

1) NO₂ 3) NH₃

2) Na₂SO₃ 4) Cl₂

Часть В.

В1.Установите соответствие между названием вещества и его принадлежностью к соответствующему классу неорганических соединений

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА КЛАСС НЕОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ

А) гидрокарбонат калия 1) средние соли

Б) гидроксокарбонат меди (II) 2) кислые соли

В) гидроксид цинка 3) основные соли

Г) муравьиная кислота 4) амфотерные гидроксиды

5) основания

6) кислоты

А	Б	В	Г

В2.Установите соответствие между названием соли и уравнением ее гидролиза по первой ступени.

НАЗВАНИЕ СОЛИ УРАВНЕНИЕ ГИДРОЛИЗА

А) фосфат калия 1) PO₄^3- + H₂O ⇄ HPO₄^2- + OH^-

Б) гидрофосфат цезия 2) HPO₄^2- + H₂O ⇄ H₂PO₄^- + OH^-

В) сульфид лития 3) HSO₃^- + H₂O ⇄ H₂SO₃ + OH^-

Г) гидросульфид натрия 4) S^2- + H₂O ⇄ HS^- + OH^-

5) HS^- + H₂O ⇄ H₂S + OH^-

А	Б	В	Г

В3. Ответом задания является последовательность букв. Запишите выбранные буквы в алфавитном порядке.

Хлор реагирует с

А) медью

Б) бромидом калия

В) фторидом натрия

Г) гидроксидом кальция

Д) бромоводородной кислотой

Е) сульфатом калия

В4. Впишите цифру:

Сумма коэффициентов в сокращенном ионном уравнении реакции

между гидроксидом лития и хлоридом железа(II) равна ______.

Часть С.

С1.Напишите в молекулярной и ионной (полной и сокращенной) формах уравнения реакций для следующих превращений:

NaOH → Cr(OH)₃→ Cr₂(SO₄)₃→ CrCl₃ → CrOHCl₂

C2.Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения

а) гидролиза соли K₂SO₃, укажите значение pH раствора этой соли;

б) совместного гидролиза солей AlCl₃ и NaCN

C3.Составьте электронную схему и молекулярное уравнение реакций. Коэффициенты расставьте методом ионно-электронного баланса.

а) K₂Cr₂O₇ + N₂ + H₂SO₄ → Cr³⁺ + NO₃^- + …

б) Ca + H₂SO_{4 (конц)} →

С4.Используя потенциалы (см. таблицу ), укажите анод и катод гальванопары, рассчитайте ЭДС, напишите уравнения анодного и катодного процесса, молекулярное уравнение коррозии алюминия в контакте с медью во влажной атмосфере.

ОТВЕТЫ.

Часть А.

А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	А8	А9	А10	А11	А12

Часть В.

В1	В2	В3	В4
		АБГД

Часть С.

С1. NaOH → Cr(OH)₃→ Cr₂(SO₄)₃→ CrCl₃ → CrOHCl₂

1) 3NaOH + CrCl₃ → 3NaCl + Cr(OH)₃↓

3Na⁺ + 3OH^- + Cr³⁺ + 3Cl^- → 3Na⁺ + 3Cl^- + Cr(OH)₃↓

Cr³⁺ + 3OH^-→ Cr(OH)₃↓

2) 2Cr(OH)₃ ↓ + 3H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃+ 6H₂O

2Cr(OH)₃↓ + 6H⁺ + 3SO₄^2- → 2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 6H₂O

Cr(OH)₃↓ + 3H⁺ → Cr³⁺ + 3H₂O

3) Cr₂(SO₄)₃+ 3BaCl₂ → 2CrCl₃ + 3BaSO₄↓

2Cr³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6Cl^- → 2Cr³⁺ + 6Cl^- + 3BaSO₄↓

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

4) CrCl₃ + NaOH → CrOHCl₂ + NaCl

Cr³⁺ + 3Cl^- + Na⁺ + OH^- → CrOHCl₂ + Na⁺ + Cl^-

Cr³⁺ + 2Cl^- + OH^- → CrOHCl₂

C2.a) K₂SO₃ = 2K⁺ + SO₃^2-

Гидролизу подвергается анион слабой кислоты SO₃^2-:

1-я ступень:

SO₃^2-+HOH ⇄ HSO₃^-+OH^- (ионы OH^- в избытке).

Молекулярное уравнение 1-й ступени:

K₂SO₃ + H₂O ⇄ KHSO₃ + KOH – щелочная среда (рН > 7)

б) AlCl₃ = Al³⁺ + 3Cl^- – гидролиз по катиону

NaCN = Na⁺ + CN^- – гидролиз по аниону

Итоговое ионное уравнение:

Al³⁺ + 3CN^- + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3HCN

Молекулярное уравнение:

AlCl₃ + 3NaCN + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3HCN + 3NaCl

C3.a)K₂Cr₂O₇ + N₂ + H₂SO₄ ® Cr³⁺ + NO₃^- + …

среда

2K⁺ + Cr₂O₇^2- + N₂ + 2H⁺ + SO₄^2- ® Cr³⁺ + NO₃^- + …

		Cr2O72+14Н+ - +6е ® 2Cr3+ + 7Н2О
		N2 + 6Н2О –10е ® 2NO3- + 12Н+

5Cr₂O₇^2-+ 3N₂ + 70Н⁺ +18Н₂О ® 10Cr³⁺ + 6NO₃^- + 36Н⁺ + 35Н₂О

5Cr₂O₇^2-+ 3N₂ + 34Н⁺ ® 10Cr³⁺ + 6NO₃^- + 17Н₂О

10K⁺+5Cr₂O₇^2-+3N₂ + 34Н⁺ +17SO₄^2- ®10Cr³⁺ + 6NO₃^- + 10K⁺+ 17SO₄²+ 17Н₂О

5K₂Cr₂O₇ + 3N₂ +17H₂SO₄ ® 5Cr₂(SO₄)₃ + 6KNO₃ + 2K₂SO₄ + 17Н₂О

б) Ca + H₂SO_{4 (конц)} → …т.к. Ca активный металл, то

Ca + H₂SO_{4 (конц)} → CaSO₄ + H₂S + H₂O

среда

Ca + 2H⁺ + SO₄^2- ® Ca²⁺ + H₂S + …

		SO42- +8е +10Н+ ® H2S + 4Н2О
		Ca –2е ® Ca2+

SO₄^2-+ 4Ca + 10Н⁺ ® H₂S + 4Ca²⁺ + 4Н₂О

4SO₄^2- + SO₄^2-+ 4Ca + 10Н⁺ ® + 4Ca²⁺ + 4SO₄^2- + 4Н₂О

4Ca + 5H₂SO_{4 (конц)}→ 4CaSO₄ + H₂S + 4Н₂О

Al	Cu
H2O + O2

C4.

Выписываем окислительно-восстановительные потенциалы обоих металлов в нейтральной среде по таблице (см приложение 5)

j( Al(OH)₃/Al )= -1,88В,

j(Cu(OH)₂/Cu) = +0,19В.

Более активный металл – Al, восстановитель.

Al⁰ – 3e + 3OH^- ® Al(OH)₃

Cu не разрушается, является проводником электронов

е

Al	Cu
H2O + O2

Окислителем в данном примере может быть O₂ и H₂O.

j(2Н₂О/Н₂) = -0,41 В

j(О₂/4OH^-) > j(2Н₂О/Н₂).

j(О₂/4OH^-) = +0,81 В

Окислитель - О₂.

Процесс восстановления кислорода происходит на меди:

на Cu: O₂ + 4e + 2H₂O ® 4OH^-

Суммарный процесс

	Al0 – 3e + 3OH- ® Al(OH)3
На Cu: 3	O2 + 4e + 2H2O ® 4OH-
4Al0 + 12OH- + 3O2 + 6H2O ® 4Al(OH)3 + 12OH-
4Al + 3O2 + 6H2O ® 4Al(OH)3

Молекулярное уравнение коррозии:

4Al + 3O₂ + 6H₂O ® 4Al(OH)₃

Более активный металл Al – анод, Cu – катод:

е

А( - ) Zn	Cu К( +)
H2O + O2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Растворимость оснований и солей в воде

Р – растворимое вещество; М – малорастворимое вещество; Н – практически нерастворимое вещество ;

(-) – вещество не существует или разлагается водой.

Катионы

Анионы

OH-

F-

Cl-

Br-

I-

S2-

SO32-

SO42-

PO43-

CO32-

SiO32-

CH3COO-

Mg2+

М

Н

Р

Р

Р

Р

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Ca2+

М

Н

Р

Р

Р

М

Н

М

Н

Н

Н

Р

Ba2+

Р

М

Р

Р

Р

Р

Н

Н

Н

Н

Н

Р

Be2+

Н

Р

Р

Р

-

-

-

Р

Н

Н

-

Н

Bi3+

Н

Н

-

-

-

Н

Н

-

Н

Н

-

-

Al3+

Н

М

Р

Р

Р

-

-

Р

Н

-

Н

М

Cr3+

Н

Н

Р

Р

Р

-

-

Р

Н

-

Н

Р

Mn2+Zn2+

Н

М

Р

Р

Р

Н

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Co2+,Ni2+

Н

Р

Р

Р

Р

Н

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Fe2+

Н

Н

Р

Р

Р

Н

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Fe3+

Н

Н

Р

Р

-

-

-

Р

Н

Н

Н

Р

Cd2+

Н

Р

Р

Р

Р

Н

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Hg2+

-

-

Р

М

Н

Н

Н

Р

Н

Н

-

Р

Cu2+

Н

Н

Р

Р

Р

Н

Н

Р

Н

Н

Н

Р

Ag+

-

Р

Н

Н

Н

Н

Н

М

Н

Н

Н

Р

Sn2+

Н

Р

Р

Р

Р

Н

-

Р

Н

-

-

Р

Sr2+

М

Н

Р

Р

Р

Р

Н

Н

Н

Н

Н

Р

Pb2+

Н

Н

М

М

Н

Н

Н

Н

Н

Н

Н

Р

Гидроксиды и соли, образованные катионами K⁺, Na⁺, NH₄⁺, а также все си азотной кислоты (анион NO₃^-) - растворимы

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Ряд активности металлов ( φ⁰, В )

Восстановительная активность металлов возрастает

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H₂ Cu Ag Pt Au

-3,04 -2,92 -2,90 -2,87 -2,71 -2,36 -1,66 -1,17 -0,76 -0,74 -0,44 -0,28 -0,26 -0,14 -0,13 0+0,34 +0,80 +1,28 +1,52

Li⁺ K⁺ Ba²⁺ Ca²⁺ Na⁺ Mg²⁺ Al³⁺ Mn²⁺ Zn²⁺ Cr³⁺ Fe²⁺ Co²⁺ Ni²⁺ Sn²⁺ Pb²⁺ 2H⁺ Cu²⁺ Ag⁺ Pt²⁺ Au³⁺

Окислительная активность металлов возрастает

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.