Реакции с переносом электронов

Реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными (ОВР). Изменение С.О. связано с переносом электронов.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, которые являются восстановителями (Me⁰, H₂S и соли, галогениды, MnSO₄, SnCl₂, Cr₂(SO₄)₃ и т.д.).

Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом, которые являются окислителями (O₂, H₂SO₄(к), HNO₃ (р, к), галогены, KMnO₄, K₂Cr₂O_7,FeCl₃ и т.д.).

ОВР – единство двух процессов, идущих одновременно.

При уравнивании ОВР следует выполнять правило: число электронов, отдаваемых восстановителем, должно быть равно числу электронов, присоединяемых окислителем.

Для составления уравнений ОВР применяют два метода:

1) метод электронного баланса (МЭБ);

2) метод ионно-электронный или метод полуреакций (МПР).

Пример 1. Уравнять реакцию, пользуясь методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель.

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Решение. В МЭБ сравнивают С.О. атомов элементов в исходных веществах и продуктах реакции, находят те, которые изменились, записывают электронные уравнения, коэффициенты определяют согласно правилу ОВР (см. выше).

S⁺⁴ – 2ē → S⁺⁶		- восстановитель, процесс окисления

Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺²		- окислитель, процесс восстановления
	общее число электронов, участвующих в ОВР

Примечание: Коэффициенты в ОВР расставляют обычно в следующем порядке: сначала перед окислителем и восстановителем, затем уравнивают другие продукты реакции, после этого ставят коэффициент перед молекулой среды (кислота, щелочь – в исходных веществах), в последнюю очередь – перед водой. Проверку делают подсчетом атомов кислорода в исходных веществах и продуктах реакции.

Пример 2. Уравнять реакцию, пользуясь методом полуреакций

а) реакция в кислой среде

б) реакция в щелочной среде

Решение:

МПР основан на составлении ионно-электронных уравнений для процессов окисления и восстановления с последующим их суммированием в общее уравнение. Следует помнить, что слабые электролиты и газы в ионных реакциях записываются в виде молекул. Для реакций в кислой среде недостающий для уравнивания кислород берется из молекул H₂O, а избыточный кислород связывается с ионами Н⁺ (удвоенное количество) в молекулы Н₂О, которые записываются в правой части полуреакции. В щелочной и нейтральной среде недостающий для уравнивания кислород берется из удвоенной группы ОН^–, а избыточный кислород связывается молекулами Н₂О, а в правой части записывается удвоенное число групп ОН^–.

Алгоритм решения:

1. Расставляем заряды у ионов в исходных веществах и продуктах реакции, помня, что в целом молекулы электронейтральны.

2. Записываем полуреакции для процессов окисления и восстановления, производим подсчет зарядов слева и справа, уравниваем с помощью электронов.

3. Записываем суммарное уравнение, учитывая полученные коэффициенты (множители).

4. Приводим подобные члены в суммарном уравнении (слева и справа).

5. Переносим полученные коэффициенты в общее уравнение ОВР.

а)

2I^– – 2ē ® I₂⁰ Cr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6ē ® 2Cr³⁺ + 7H₂O

6I^– + Cr₂O₇^2– + 14H⁺ ® 3I₂ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

б)

Zn⁰ + 4OH^– – 2ē ® ZnO₂^2– + 2H₂O NO₂^– + 5H₂O + 6ē ® NH₃⁰ + 7OH^–

3Zn⁰ + 12OH^– + NO₂^–+ 5H₂O ® 3ZnO₂^2–+ 6H₂O + NH₃⁰+ 7OH^–

после сокращения

3Zn⁰ + 5OH^– + NO₂^– ® 3ZnO₂^2–+ H₂O + NH₃⁰

Пример 3. Уравняйте реакции, пользуясь МЭБ или МПР, укажите тип ОВР.

а)

б)

в)

г)

Ответ.

а) реакция термического разложения соли уравнивается МЭБ:

- восстановитель - окислитель

Тип реакции – внутримолекулярная, т.к. окислитель и восстановитель находятся в одном веществе.

б) реакция в растворе (H₂SO₄ – кислая среда) уравнивается МПР:

- окисление - восстановление

Тип реакции – межмолекулярная, т.к. окислитель и восстановитель находятся в разных веществах.

в) реакция в растворе (Н₂О, KOH – щелочная среда) уравнивается МПР:

Тип реакции – диспропорционирование (или самоокисление-самовосстановление), т.к. Mn⁺⁶ в составе аниона MnO₄^2– является и окислителем, и восстановителем одновременно.

г) реакция в растворе уравнивается МПР:

Тип реакции – контрдиспропорционирование, т.е. это реакция обратная диспропорционированию, т.к. окислитель и восстановитель превращаются в одно и то же вещество.

Контрольное задание № 1

1. Имеется 56 литров NH₃ (при н.у.). Сколько это составляет: а) моль, б) граммов, в) молекул, г) атомов?

2. Вычислить молярную массу оксида азота, если плотность его паров по водороду равна 15. Вывести эмпирическую формулу оксида и изобразить ее графически.

3. К раствору, содержащему 5 моль сульфида натрия, добавили раствор, содержащий 100 г хлорида железа (II). Определить массу полученного осадка и количество непрореагировавшего вещества.

4. Периодический закон. В чем заключается отличие формулировки Д.И.Менделеева от современной? Примеры. Значение ПЗ и ПСЭ для химии.

5. Исходя из положения в ПСЭ дать характеристику атома Al. Показать основное и ионизированное состояние, валентные электроны; указать семейство элементов. Провести сравнение по свойствам Al и Na, Al и Ga.

6. Водородная связь. Ее виды. Примеры. Образование димеров.

7. Показать возбужденное состояние и определить максимальную ковалентность для атома железа.

8. Методы получения К.С. Примеры реакций.

9. Определить С.О. и К.Ч. комплексообразователя в К.С., написать диссоциацию и выражение К_нест.:

а) K₃[Mn(S₂O₃)₂Cl₂], б) [Fe(SCN)₂(CO)₄]Cl

10. Дописать реакции образования К.С. и назвать продукты:

а)

б)

11. Основные положения теории ОВР.

12. Уравнять реакции, указать окислитель и восстановитель:

а) МЭБ

б) МПР

Методические указания и типовые примеры
к контрольному заданию № 2

(по 1 части программы, раздел II)

Химическое равновесие

Константа химического равновесия рассчитывается по ЗДМ для обратимых реакций.

Пример 1. Выразить константу равновесия для реакции:

а)

Ответ:

б)

Ответ:

(для твердых веществ концентрация постоянна).

Смещение химического равновесия при действии различных факторов определяют по принципу Ле-Шателье.

Пример 2. Для реакции

3H₂ + N₂ Û 2NH₃; DH⁰ = -46, 2 кДж/моль

определить, в какую сторону сместится равновесие при повышении: а) температуры, б) давления, в) концентрации продукта реакции.

Ответ:

а) Отрицательное значение энтальпии образования аммиака говорит о том, что прямая реакция экзотермическая, а обратная – эндотермическая. При повышении температуры по принципу Ле-Шателье равновесие реакции сместится влево.

б) В левой части реакции участвуют 4 (3+1) моля газообразных веществ, а в правой – 2 моля, то есть исходные вещества занимают объем в 2 раза больший, чем продукты реакции. При повышении давления равновесие сместится вправо, то есть в сторону уменьшения объема.

в) При повышении концентрации аммиака равновесие сместится в сторону ее уменьшения, то есть влево.

Скорость химических реакций

Скорость необратимых реакций выражается математически по ЗДМ для необратимых реакций.

Пример. Выразить математически скорость реакции:

а) C₂H₄ + 3O₂ ® 2CO₂ + 2H₂O

Ответ: n = k× [C₂H₄]× [O₂]³, где k – константа скорости реакции

б) 3Fe(тв) + 4H₂O Û Fe₃O₃ (тв) + 4H₂

Ответ: для прямой реакции n_пр.= k₁× [H₂O]⁴

для обратной реакции n_обр.= k₂× [H₂]⁴, т.к. для твердых веществ концентрация постоянна, т.е. [Fe]_тв.=[Fe₃O₄]_тв.=const

Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая