Типы окислительно-восстановительных реакций

1. Реакции диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления), в них один и тот же элемент выступает в качестве окислителя и восстановителя.

Cl5+ + 6ē ® Cl¯ Cl5+ - 2ē ® Cl7+

1 окислитель 3 восстановитель

4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

2. Реакции контрдиспропорционирования, в которых один и тот же элемент, в разных степенях окисления, окисляется и восстанавливается до элемента в одной и той же степени окисления

S4+ + 4ē ® S0 S2- -2ē ® S0

1 окислитель 2 восстановитель

2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O

3. Реакции внутримолекулярного окисления и восстановления, реакции в которых окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же соединения.

N5+ + 1ē ® N4+ 2O2- - 4ē ® O2

4 окислитель 1 восстановитель

2Pb(NO₃)₂ ® 2PbO + 4NO₂ + O₂

Направленность окислительно-восстановительных реакций

Возможность самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции при стандартных условиях определяется по стандартным окислительно-восстановительным потенциалам окислителя и

восстановителя (приложение 2). Данные значения потенциалов для полуреакций приводятся в справочниках. Реакция считается возможной при положительной разности потенциалов между окислителем и восстановителем: Е⁰_{окислит.} -Е⁰_{восстан.} > 0

При разности потенциалов больше 0,4 В реакция протекает практически необратимо.

Свободная энергия Гиббса DG связана со стандартным потенциалом следующей зависимостью: DG = -nFE⁰, где F – число Фарадея (96500 Кл/моль), n - число отданных или принятых электронов.

Пример 3:

K⁺MnO₄¯ + Na⁺NO₂¯ + H₂⁺SO₄^2─ ® Mn²⁺SO₄^2─ + Na⁺NO₃¯ + H₂O

MnO4¯+8H+ +5ē ® Mn2+ + 4H2O NO2¯ + H2O-2ē ® NO3¯ + 2H+

2 окислитель Е0 = +1,53 В 5 восстановитель Е0=+ 0,84 В

2KMnO₄+5NaNO₂+3H₂SO₄=­2MnSO₄ +5NaNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

Е⁰_{окислит.} -Е⁰_{восстан} = 1,53 – 0,84 = 0,69 В

Данная реакция будет протекать при стандартных условиях.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

1. В каком из указанных веществ бром может быть только восстановителем:

1) Br2

2) KBrO

3) KBr

4) KBrO2

5) KBrO3

В каком из указанных веществ марганец может быть только окислителем:

1) Mn

2) MnO2

3) KMnO4

4)K2MnO4

5) MnCl2

2. Какая из указанных реакций относится к окислительно-восстановительной:

1) H₂S + HNO₃ → H₂SO₄ + NO + H₂O

2) Na₂CO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

3) SbCl₃ + H₂O → SbOHCl₂ + HCl

4) Bi(OH)₃ + HNO₃ → Bi(NO₃)₃ + H₂O

5) H₂S + ZnCl₂ → ZnS + HCl

3. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса:

1) K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

2) As + HNO_3(конц) ® H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

3) KClO₃ + MnO₂ + KOH ® K₂MnO₄ + KCl + H₂O

4) Sn + HNO_{3 (разб.)} → Sn(NO₃)₂ + N₂O + H₂O

4. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции методом полуреакций, укажите окислитель и восстановитель, определите направленность процесса

K₂Cr₂O₇ + KCl + H₂SO₄ → Cl₂ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

5. В какой из приведенных реакций сильнее выражены окислительные свойства (исходя из φ^о):

1)

2)

3)

4)

5)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Оборудование: штативы, пробирки, набор реактивов в капельницах и бюксах.

 

Опыт 1. Окислительные свойства перманганата калия в различных средах

Налейте в первую пробирку 5-6 капель перманганата калия, добавьте 5-6 капель серной кислоты и внесите на кончике шпателя сульфит натрия. Встряхните пробирку. Отметьте изменение окраски в первой пробирке. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

Налейте во вторую пробирку 5-6 капель перманганата калия, добавьте 1 мл воды и внесите полшпателя сульфита натрия. Резко встряхните пробирку 2 раза и подержите ее в руке, наблюдая за протеканием реакции. Отметьте изменение окраски во второй пробирке. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

Налейте в третью пробирку 5-6 капель перманганата калия, добавьте 1 мл раствора гидроксида калия и внесите на кончике шпателя сульфит натрия. Осторожно легко встряхните пробирку и поставьте ее в штатив. Отметьте изменение окраски в третьей пробирке. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

Опыт 2. Окислительные свойства дихромата калия в кислой среде

Налейте в пробирку 5-6 капель раствора бихромата калия, добавьте столько же капель серной кислоты, внесите полшпателя порошка сульфата железа (II) (соль Мора) и встряхивайте пробирку до образования устойчивой зеленой окраски. Напишите уравнение окислительно - восстановительной реакции.

Опыт 3. Окислительные свойства йода (нейтральная реакция среды)

Внесите в пробирку 5-6 капель йода и добавьте 1 шпатель сульфита натрия. Наблюдайте обесцвечивание раствора. Напишите уравнения окислительно-восстановительной реакции.

Опыт 4. Окислительные и восстановительные свойства пероксида водорода

Внесите в 1 пробирку 5-6 капель перманганата калия, 2-3 серной кислоты, и несколько капель пероксида водорода. Наблюдайте выделение газа. Внесите во 2 пробирку 5-6 капель иодида калия, 2-3 капли серной кислоты, и 5-6 капель перекиси водорода. Выделение йода определите, прибавив 1-2 каплю крахмала (или экстрагировав его гексаном). Напишите уравнения реакций.

Лабораторная работа № 8

ЭЛЕКТРОЛИЗ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ