Окиснювальна форма Число отриманих Відновна форма j0, В

Методичні вказівки для підготовки до лабораторних робіт з курсу хімії

Експериментальна частина. Розділ 2

Рекомендовано методичною радою УДМТУ як методичні вказівки

Миколаїв 2001

УДК 546

С.Ю.Кельїна, Є.Г. Камінська, Ж.Ф.Соловйова. Методичні вказівки для підготовки до лабораторних робіт з курсу хімії: Експериментальна частина. Розділ 2. - Миколаїв: УДМТУ, 2001. - 25 с.

Кафедра хімії

Вказівки містять лабораторні роботи з курсу хімії і необхідні вимоги до їх виконання. Вказівки призначені для студентів усіх спеціальностей.

Рис. 3, табл. 1.

Рецензент В.М.Матвієнко, канд. хім. наук, доцент

ÓУкраїнський державний морський

технічний університет, 2001

Лабораторна робота № 1

ОКИСНЮВАЛЬНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ

Мета роботи: Дослідження окиснювальних та відновних властивостей речовин в залежності від впливу різних факторів, придбання навичок визначення напрямку перебігу окиснювально-відновних реакцій.

Дослід І. Окиснювальні властивості калій біхромату

До 1−2 мл розчину К₂Cr₂O₇ додати дві-три краплі розбавленої сульфатної кислоти і кілька крапель натрій сульфіту (Na₂SO₃) до появи зеленого забарвлення розчину. Пояснити дослід, визначити окиснювач і відновник. Записати рівняння реакції і визначити коефіцієнти методом електронно-іонного балансу (див. додат.1). Визначити напрямок перебігу цього процесу, визначаючи DG° (див. додат. 2). Записати спостереження.

Завдання. Записати рівняння, визначити коефіцієнти методом електронно-іон-ного балансу і напрямок перебігу для реакцій:

1) К₂Сr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ « Cr₂(SO₄)₃ + S¯ + K₂SO₄ + H₂O;

2) K₂Cr₂O₇ + КI + H₂SO₄ « Cr₂(SO₄)₃ + I₂¯ + K₂SO₄ + H₂O.

(значення стандартних потенціалів реакцій наведені в таблиці додат.1).

Дослід 2. Окиснювальні властивості калій перманганату в залежності від кислотності середовища

1. До 1 мл розчину КМnО₄ додати дві-три краплі розведеної сульфатної кислоти і кілька крапель натрій сульфіту. Пояснити дослід. Записати рівняння реакції і визначити коефіцієнти методом електронно-іонного балансу, визначити напрямок процесу. Записати спостереження.

2. До 1 мл розчину КМnО₄ додати 2-3 мл води і кілька крапель натрій сульфіту. Записати спостереження і пояснити дослід. Записати рівняння реакції і визначити коефіцієнти методом електронно-іонного балансу, визначити напрямок процесу.

3. До 1 мл розчину КМnО₄ додати дві-три краплі розведеного розчина лугу і кілька крапель натрій сульфіту. Записати спостереження і пояснити дослід. Записати рівняння реакції і визначити коефіцієнти методом електронно-іонного балансу, визначити напрямок процесу.

Зробити загальні висновки про окиснювальні властивості калій перманганату у кислому, нейтральному і лужному середовищах та записати їх.

Дослід 3. Відновні властивості металів

В чотири пробірки налити 3−4 мл розбавленої сульфатної кислоти і помістити в одну пробірку магній, у другу – цинк, у третю – залізо і у четверту – мідь. Визначити, в яких випадках утворюється водень і записати спостереження. Порівняти інтенсивність процесів виділення водню і пояснити їх. Записати рівняння реакцій і визначити коефіцієнти методом електронно-іонного балансу. Записати стандартні електродні потенціали металів, визначити ЕРС та DG⁰. Із збільшенням ЕРС окиснювально-відновні процеси відбуваються інтенсивніше.

Додаток 1.

Значення стандартних потенціалів деяких окиснювально-відновних реакцій

Окиснювальна форма Число отриманих Відновна форма j0, В

електронів

MnO₄^– + 8H⁺ * 5 Mn²⁺ + 4H₂O + 1,51

MnO₄^– + 2Н₂О 3 MnО₂ + 4OН^– + 0,60

MnO₄^– 1 MnO₄^2– + 0,56

Сr₂O₇^2– + 14H⁺ 6 Cr⁺³ +7H₂O + 1,36

I₂⁰ 2 2I^– + 0,52

SO₄^– + 2H⁺ 2 SO₃^2– + H₂O + 0,22

S⁰ + 2H⁺ 2 H₂S + 0,14

Fe⁺² 2 Fe⁰ - 0,44

Cu⁺² 2 Cu⁰ + 0,34

Mg⁺² 2 Mg⁰ - 2,37

Fe⁺³ 2 Fe⁺² + 0,77

*Cлід пам¢ятати, що при позначенні ступеня окиснення спочатку пишуть знак ступеня, а потім – його величину, наприклад, Zn⁺², Mn⁺². При позначенні заряду іону спочатку пишуть величину заряду, а потім – його знак, наприклад, SO₃^2–, Сr₂O₇^2– .

Додаток 2.Порядок визначення коефіцієнтів в окиснювально-відновних реакціях методом електронно-іонного балансу

Метод електронно-іонного балансу дає можливість визначити коефіцієнти не тільки перед окислювачем і відновником, але й перед іншими членами рівняння. Він використовується, коли окиснювально-відновні процеси йдуть між реально існуючими іонами. Найчастіше такі процеси відбуваються у водних розчинах між електролітами.

Порядок визначення коефіцієнтів в окиснювально-відновних реакціях методом електронно-іонного балансу такий:

1. Запис схеми реакції, де вказуються вихідні речовини і продукти реакції; визначення окиснювача і відновника розрахунком ступенів окиснення окремих елементів.

2. Запис електронно-іонних напівреакцій, де вказуються не лише окиснювач або відновник у вигляді іонів або молекул, які реально існують у розчині, але й молекули води, іони Н⁺ або іони ОН^–, якщо вони беруть участь в окиснювальному чи відновному процесі; складання матеріального і електронного балансу.

3. Запис сумарного електронно-іонного рівняння з визначенням коефіцієнтів у вихідному рівнянні.

4. Запис молекулярного рівняння з коефіцієнтами.

5. Підрахунок кількості атомів елементів у правій і лівій частинах рівняння (особливо це стосується кількості атомів Оксигену).

Далі наведені приклади для ілюстрації визначення коефіцієнтів цим методом.

Приклад 1.Визначити коефіцієнти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою:

К₂Сr₂O₇ + FеSO₄ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄ )₃ + H₂O.

Розв¢язання:

1. Запис схеми реакції, визначення окиснювача і відновника розрахунком ступенів окиснення окремих елементів:

+6 +2 +3 +3

К₂Сr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄ )₃ + H₂O.

2. Запис електронно-іонних напівреакцій, складання матеріального і елект-ронного балансу:

1 Сr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6ē ® Cr⁺³ +7H₂O

3 2Fe⁺² – 2ē ® 2Fe⁺³

3. Запис сумарного електронно-іонного рівняння з визначенням коефіцієнтів у вихідному рівнянні:

Сr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6Fe⁺² ® Cr⁺³ +7H₂O + 6Fe⁺³.

4. Запис молекулярного рівняння з коефіцієнтами

К₂Сr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄ )₃ + K₂SO₄ +7H₂O.

5. Підрахунок кількості атомів елементів у правій і лівій частинах рівняння:

в лівій частині рівняння n (O) = 59, в правій частині рівняння n (O) = 59.

Приклад 2.Визначити коефіцієнти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою:

Zn + HNO₃ ® Zn(NO₃)₂ + NO + H₂O.

Розв¢язання:

0 +5 +2 +2

Zn + HNO₃ ® Zn (NO₃)₂ + NO + H₂O

3 Zn⁰ – 2ē ® Zn^{+ 2}

2 NO₃^– + 4Н⁺ + 3ē ® NO + 2H₂O

3Zn⁰ + 2NO₃^– + 8Н⁺ ® 2NO + 4H₂O + 3 Zn⁺²

3 Zn + 8 HNO₃ ® 3 Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4 H₂O

n (O) = 24 n (O) = 24.

Приклад 3. Визначити коефіцієнти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою:

FeCl₃ + Na₂SO₃ + H₂O ® FeCl₂ + Na₂SO₄ + HCl.

Розв¢язання:

+3 +4 +2 +6

FeCl₃ + Na₂SO₃ + H₂O ® FeCl₂ + Na₂SO₄ + HCl

2 Fe⁺³ + 1ē ® Fe⁺²

1 SO₃^2– + H₂O – 2ē ® SO₄^2– + 2H⁺

2 Fe⁺³ + SO₃^2– + H₂O ® Fe⁺² + SO₄^2– + 2H⁺

2 FeCl₃ + Na₂SO₃ + H₂O ® 2FeCl₂ + Na₂SO₄ +2 HCl

n (O) = 4 n (O) = 4.

Приклад 4. Визначити коефіцієнти в рівнянні реакції, що відбувається за схемою: KMnO₄ + H₂SO₄ + KI ® MnSO₄ + K₂SO₄ + I₂ + H₂O.

Розв¢язання:

+7 –1 +2 0

KMnO₄ + H₂SO₄ + KI ® MnSO₄ + K₂SO₄ + I₂ + H₂O

2 MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē® Mn⁺² + 4H₂O

5 2I^– – 2ē ® I₂⁰

2MnO₄^– + 16H⁺ + 10I^– ® 2Mn⁺² + 8H₂O + 5I₂

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10KI ® 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + I₂ + 8H₂O

n (O) = 40 n (O) = 40.