Опыт 1. Влияние характера среды на окислительные свойства перманганата калия.

Выполнение опыта

В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора перманганата калия. Затем в первую пробирку добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты, во вторую – воду, в третью – раствор гидроксида натрия.

После этого в каждую из пробирок внесите кристаллический сульфит натрия и перемешайте растворы. Наблюдайте за изменением окраски растворов.

Запись результатов опыта

Составьте три уравнения химических реакций взаимодействия перманганата калия с сульфитом натрия в кислой, нейтральной и щелочной средах, учитывая, что сульфит-ион SO₃^2– во всех трех случаях окисляется до сульфат-иона SO₄^2–. Перманганат-ион MnO₄^– в кислой среде восстанавливается до иона Mn²⁺ (в водном растворе бесцветный), в нейтральной среде – до MnO₂ (осадок коричневого цвета), а в щелочной – до манганат-иона MnO₄^2– (в растворах имеет зеленый цвет).

Методом электронного баланса подберите коэффициенты в каждом из этих уравнений. Укажите процессы окисления и восстановления, окислитель и восстановитель.

В выводе ответьте на вопрос, в какой среде перманганат калия проявляет более сильные окислительные свойства. Дайте ответ на основании сравнения значений стандартных электродных потенциалов иона MnO₄^– в разных средах.

Опыт 2. Изготовление и работа гальванического элемента

Выполнение опыта

Соберите гальванический элемент, который описывается схемой:

Pb│Pb(NO₃)₂║CuSO₄│Cu

Для этого один стаканчик заполните 1М раствором сульфата меди, а другой – 0,01М раствором нитрата свинца. Соедините их между собой с помощью электролитического мостика (U – образная трубка, заполненная насыщенным раствором хлорида калия).

В растворы указанных солей опустите соответственно медную и свинцовую пластинки, соединив их с потенциометром. Запишите показания потенциометра.

Запись результатов опыта

1) Составьте схему гальванического элемента и укажите концентрацию ионов металлов в растворах электролитов:

Ме₁⁰ │Ме₁ⁿ⁺ ║ Ме₂ⁿ⁺ │ Ме₂⁰

С_{Ме 1}ⁿ⁺ = … моль/л С_{Ме 2}ⁿ⁺ = … моль/л

2) Используя уравнение Нернста, рассчитайте значения электродных потенциалов и определите, какой из металлов является анодом, какой – катодом (анод – это металл с большей восстановительной активностью, т.е. с меньшим значением электродного потенциала, катод – металл с меньшей восстановительной активностью, т.е. с бóльшим значением электродного потенциала).

3) Укажите направление движения электронов во внешней цепи: от анода к катоду.

4) Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах. С позиции теории окислительно-восстановительных реакций, определите, характер процессов (какой из них является процессом окисления, какой – процессом восстановления). При написании уравнений электродных процессов следует учитывать, что более активный металл является восстановителем, а ион менее активного металла – окислителем.

5) Составьте суммарное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе работы гальванического элемента.

6) Рассчитайте величину ЭДС гальванического элемента как разность потенциалов катода и анода (Е_К – Е_А). Сравните полученное значение с показаниями потенциометра.

В выводе объясните причину возникновения ЭДС в гальваническом элементе.

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными?

2. Что такое степень окисления? Как зависит степень окисления от положения элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева?

3. Какой процесс называется окислением? Как изменяется при этом степень окисления атома элемента?

4. Какой процесс называется восстановлением? Как изменяется при этом степень окисления?

5. Перечислите важнейшие окислители и восстановители.

6. Определите степень окисления атомов в молекулах K₂S, BaSO₄, TiO₂, HAlO₂.

7. Какие из приведенных веществ Al, H₂SO₃, K₂MnO₄, Cl₂, O₂, HF, Mn₂O₃, H₂SO₄, Fe₂(SO₄)₃, H₂S, HClO₄, CO₂ могут проявлять: а) только окислительные свойства; б) только восстановительные свойства; в) как окислительные, так восстановительные свойства?

8. Что такое электродный потенциал? В каких единицах он измеряется? В чем его физический смысл?

9. От каких факторов зависит электродный потенциал? Приведите уравнение Нернста.

10. Что такое стандартный электродный потенциал? Как он определяется?

11. Что такое металлический электрод? Газовый водородный электрод?

12. Что представляет собой ряд стандартных электродных потенциалов?

13. Какую информацию содержит электрохимический ряд стандартных электродных потенциалов о сравнительной активности металлов и их ионов?

14. Каким выражением связаны электродный потенциал и изменение энергии Гиббса? Как определяется направление протекания окислительно-восстановительной реакции?

15. Что такое гальванический элемент?

16. Какой металл в гальваническом элементе является анодом? Какой процесс протекает на аноде?

17. Какой металл в гальваническом элементе является катодом? Какой процесс протекает на катоде?

18. Что такое электродвижущая сила гальванического элемента? Как она рассчитывается?

19. Будет ли олово вытеснять магний, ртуть, цинк и серебро из растворов их солей? Какие из этих металлов вытесняют олово?

Работа №10