Лабораторне заняття

 

Тема: ОКИСНО–ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ

 

Мета заняття: ознайомитись з окисно-відновними процесами, засвоїти поняття «окисник», «відновник», процеси окиснення і відновлення, «ступінь окиснення». Вивчити вплив середовища на окисно-відновні процеси.

 

ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ

 

1.               Ступінь окиснення елементів.

2.               Процеси окиснення на відновлення.

3.               Типи окисно-відновних реакцій.

4.               Вплив середовища на окисно-відновні процеси.

5.               Основні окисники та відновники.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Реакції, які супроводжуються зміною ступеня окиснення елементів, називають окисно-відновними (ОВР).

Ступінь окиснення елемента (ст.ок.) – умовний заряд, який обчислюється, виходячи з припущення, що електронейтральна молекула складається тільки з іонів. Наприклад: , , , , .

Зміна ступеня окиснення в хімічних реакціях зумовлюється зміщенням електронів від одного атома до іншого (повне зміщення у випадку утворення іонного зв’язку і часткове – коли зв’язок ковалентний полярний).

Наприклад, при взаємодії електронейтральних атомів натрію і хлору утворюється два заряджених іони:  і :

.

Втрата електронів – процес окиснення:

Приєднання електронів – процес відновлення:

.

Атоми, молекули або іони, що віддають електрони (збільшують ст.ок.), називають відновниками (). У реакції відновники окиснюються. Атоми, молекули або іони, що приєднують електрони (зменшують ст.ок.), називають окисниками (). Під час реакції вони відновлюються.

У ОВР число електронів, які віддає відновник, завжди рівне числу електронів, які приєднує окисник. Процеси окиснення і відновлення взаємопов’язані.

Ступені окиснення позначають арабською цифрою із знаком «+» чи «–» перед цифрою, розміщують їх вгорі над символом елемента, наприклад, Mn⁺², Mn⁺⁷, S^-2, N^-3, P⁺⁵.

Правила визначення ступеня окиснення:

1.    Ступінь окиснення елементів в простих речовинах дорівнює 0: , , , .

2.    В іонних сполуках ступінь окиснення дорівнює заряду іона:   ступінь окиснення –1;   ступінь окиснення +1.

3.    Сума ступенів окиснення всіх атомів або іонів, які входять до складу сполуки, рівна нулю.

4.    Cума ступенів окиснення всіх атомів в іоні дорівнює заряду іона. В  сума ступенів окиснення є –2:

, : .

5.    Окремі елементи майже в усіх своїх сполуках проявляють один і той же ступінь окиснення. До еталонних належать елементи:

K⁺¹, Na⁺¹, Н⁺¹ (за виключенням гідридів металів (Н^-1): NaH^-1, KH^-1, CaH₂^-1;

Mg⁺², Ca ⁺²;

F^-1;

Al⁺³;

Cl^-1 (за винятком сполук з О (+3, +5, +7, +1) та сполук з F);

O^-2 (за винятком пероксидів H₂O₂, Na₂O₂, фторидів O⁺₂F₂, O₂⁺F₂).

Складання рівнянь методом електронного балансу. При складанні рівнянь методом електронного балансу дії виконуються у наступній послідовності:

- записується схема реакції-речовини, що реагують, і продукти реакції;

- виставляються ступені окиснення всіх елементів у рівнянні, підкреслюються ті, що змінили ступінь окиснення;

- записуються електронні рівняння, які показують перехід електронів від відновника до окисника;

- складається електронний баланс: число втрачених і приєднаних електронів повинно бути рівним;

- обчислені при складанні балансу окисно-відновні коефіцієнти виставляються у рівняння;

- урівнюють метали, неметали, Гідроген, провіряють за Оксигеном.

 

 

 

 

Приклад:

,

відновник (окиснення) окисник  (відновлення).

електронні рівняння:

 

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

 

Дослід 1. Окиснення натрій сульфіту калій біхроматом

Налити в пробірку 1-2 мл розчину К₂Cr₂O₇, підкислити його розбавленою сульфатною кислотою і додати розчин натрій сульфіту. Спостерігати зміну оранжевого забарвлення розчину на зелений внаслідок відновлення іонів Cr₂O₇^-2 до Cr⁺³. Іон SO₃^-2 окислюється при цьому в SO₄^-2. Записати рівняння реакції, урівняти його методом електронного балансу.

 

Дослід 2. Окиснювальні властивості іонів Fe³⁺

Налити в пробірку 1-2 мл розчину ферум (ІІІ) хлориду, добавити 1-2 мл розчину калій йодиду і 1 мл розчину крохмалю. Що спостерігається? Записати рівняння реакції, урівняти його методом електронного балансу.

 

Дослід 3. Взаємодія міді з нітратною кислотою

В пробірку опустити 2-3 мідних дротини і обережно налити 2-3 мл концентрованої нітратної кислоти. Спостерігати виділення газу. Скласти рівняння реакції і урівняти його методом електронного балансу.

 

Дослід 4. Залежність ступеня відновлення  від рН середовища

В три пробірки налити по 1-2 мл розчину калій перманганату  добавити по 1 мл: в першу пробірку – розведеної сульфатної кислоти, в другій залишити розчин нейтральним, в третю – розчину натрій гідроксиду. В кожну пробірку добавити розчин натрій сульфіту. Записати спостереження. Методом електронного балансу підібрати коефіцієнти в реакціях

       ;

       ;

  Зробити висновок про силу окисника залежно від реакції середовища.

 

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

 

1. Визначити ступінь окислення елементів у слідкуючих сполуках: , , _, , , , .

2. Які з наведених нижче схем виражають процес окиснення, а які відновлення:

      ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

  Зазначте також число електронів, які віддає або приймає атом.

3.   Які властивості – окисні чи відновні – проявляють речовини:

, , , _, , .

4.    У наведених реакціях вказати окисник, відновник, підібрати коефіцієнти методом електронного балансу:

1. ;

2. ;

3.;

4. ;

5.

       ;

6. ;

7. ;

8. ;

9. ;

10. ;

     

       ;

11. ^;

12. ^.