Окислительно-восстановительные реакции (овр).

Электрохимия

опыт 1.Окислительные и восстановительные свойства сернистой

кислоты

а) Уравнение реакции:H₂SO₃ + …H₂S = ….S↓ + ….H₂O

Электронные уравнения:

________________________________________________- процесс восстановления;

_________________________________________________- процесс окисления.

Окислитель -………..восстановитель -……………….

б) Уравнение реакции: ...Н₂SOз + ...I₂ + ... Н₂O = ... Н₂SО₄ + ….HI

Электронные уравнения:

________________________________________________- процесс восстановления;

________________________________________________- процесс окисления.

Окислитель -........................восстановитель -……………....

Sнаходится в группе периодической системы. Высшая степеньокисления ее - ……, низшая -…... Степень окисления S в Н₂SО₃ -

Выводы…………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

опыт 2.Взаимодействие азотной кислоты с медью

а) Схема взаимодействия концентрированной НNОз с металлами:

HNОз + Ме =>NO₂ ↑+ Мe(NO₃)_п + Н₂O

(Здесь и в Опыте 2(б) при составлении уравнений реакций учтите, что НNO₃расходуется не только на окисление металла, но и на образование соли Ме(NO₃)_n)

Элементы теории, примеры зачетных задач

Для составления ОВР наиболее простым является метод электронного баланса. В этом методе рассматривается перераспределение электронов между гипотетическими ионами, заряд которых равен соответствующим степеням окисления. Сущность метода электронного баланса состоит в том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Пример 9. ОВР протекает по схеме:

Nа₂SO₃ + К₂Сr₂O₇ + Н₂SO₄®Nа₂SO₄ + Сr₂(SO₄)₃ + К₂SO₄ + Н₂O.

Укажите: а) окислитель и восстановитель; б) какое вещество окисляется, какое вещество восстанавливается. Составьте электронные уравнения и на основании их расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

Решение

В схеме реакции расставим изменяющиеся СО:

+4                           +6                                                                +6                +3

Nа₂SO₃ + К₂Сr₂O₇ + Н₂SO₄®Nа₂SO₄ + Сr₂(SO₄)₃ + К₂SO₄ + Н₂O.

Определим характер процессов:

S⁺⁴®S⁺⁶ - увеличение СО; процесс окисления;

Сr⁺⁶® Сr⁺³ - уменьшение СО; процесс восстановления.

S⁺⁴ (Nа₂SO₃) - восстановитель, Сr⁺⁶(К₂Сr₂O₇) - окислитель.

Составляем электронные уравнения:

S⁺⁴ - 2ē = S⁺⁶ - процесс окисления;

Сr⁺⁶ + Зē = Сr⁺³ - процесс восстановления.

Поскольку число электронов, отдаваемых восстановителем, должно равняться числу электронов, принимаемых окислителем, умножим электронные уравнения на соответствующие коэффициенты:

3| S⁺⁴ - 2ē = S⁺⁶

2 | Сr⁺⁶+3ē = Сr⁺³

Подставляем эти коэффициенты в схему реакции:

3Nа₂SO₃ + К₂Сr₂O₇ + Н₂SO₄®3Nа₂SO₄ + Сr₂(SO₄)₃ + К₂SO₄ + Н₂O.

Находим подбором и расставляем остальные коэффициенты:

3Nа₂SO₃ + К₂Сr₂O₇ + 4Н₂SO₄®3Nа₂SO₄ + Сr₂(SO₄)₃ + К₂SO₄ + 4Н₂O.

Окончательная проверка правильности написания уравнения проводится по балансу атомов кислорода: 3•3+7+4•4 = 3•4+4•3+4+4;

32 = 32

Уравнение реакции: ...HNO_3(конц) + .... Cu = ………………………………

Электронные уравнения:

________________________________________________- процесс восстановления;

________________________________________________- процесс окисления.

Окислитель -........................восстановитель -……………....

б) Схема взаимодействия разбавленной НNО₃ с металлами:

НNО₃ + Me =>

Уравнение реакции: ...HNO_3(разб) + .... Cu = ……………………………………

Электронные уравнения:

________________________________________________- процесс восстановления;

________________________________________________- процесс окисления.

Окислитель -........................восстановитель -……………....

Выводы:

Какой элемент вHNO₃является окислителем? Укажите степень его окисления……….

Почему HNO₃ проявляет только окислительные свойства?................................................................................................................................

Может ли при восстановлении НNО₃ выделяться Н₂?

опыт 3.Медно-цинковый гальванический элемент

Схема гальванического элемента:

(-)………|…………………..||…………….|…………(+)

E⁰Cu²⁺/Cu=……B; E⁰Zn²⁺/Zn=………B; C (Cu²⁺) = C(Zn²⁺) = 1 моль/л

Процессы на электродах:

(A)……………………………………………. – процесс …………………..

(K)…………………………………………… -  процесс ……………………

……………………………………………….. – ионно-молек. уравнение

……………………………………………….. – молекулярное уравнение

ЭДС = E₍₊₎ – E_(-) = ………………………………………………………………..

Элементы теории, примеры зачетных задач

Устройства, в которых энергия химической реакции выделяется в виде электрической, называютсягальваническими элементами.

Пример 10. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе, схема которого: Ni | NiSO₄|| СuSO₄| Сu, если С(Сu²⁺)=С(Ni²⁺)=1моль/л

Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС).

Решение

При концентрациях ионов металлов, равных1 моль/л, на металлических электродах устанавливаются стандартные электродные потенциалы: Е°Сu²⁺/Сu =+0,34В; Е°Ni²⁺/№=-0,25В

На электроде, имеющем меньший потенциал, происходит отдача электронов, т.е. окисление. Этот электрод называется анодом. Поскольку Е_Ni²⁺_/Ni< Е_Cu²⁺_/Cu> анодом является никелевый электрод.

На электроде, имеющем больший потенциал, происходит принятие электронов, т.е. восстановление. Этот электрод называется катодом. Им является медый электрод.

Процессы, протекающие в гальваническом элементе:

Анод:                                    Ni- 2ē = Ni²⁺     

Катод:                                   Сu²⁺ + 2ē = Сu

______________________________________________________________________

Ионно-молекулярное уравнение: Ni + Сu²⁺ = Ni²⁺ + Сu;

Молекулярное уравнение:       Ni + СuSO₄= NiSO₄+Сu.

ЭДС=Е_(Кат)-Е_(Ан) = 0,34 - (-0,25) = 0,59 В.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Коррозией называется самопроизвольный процесс разрушения металлов и сплавов в результате их окисления окружающей средой.

Поскольку коррозия является окислительно-восстановительным процессом, вероятность ее протекания тем больше, чем больше разность потенциалов систем окислителя и восстановителя, Е_ок-Е_восст, т.е. чем больше алгебраическое значение Е_оки меньше Е_восст- Восстановителем при коррозии является металл. Корродировать в первую очередь будет более активный металл, имеющий меньший потенциал. Окислителем (деполяризатором) в процессе коррозии выступает тот компонент окружающей среды, который имеет больший потенциал.

опыт 4.Защитные свойства металлических покрытий

Качественная реакция на ион Fе ²⁺:

3 Fе²⁺+2[Fе(СN)₆]^3- = Fе₃[Fе(СN)₆]₂↓ (синий)

При коррозии с каким покрытием железа - цинковым или оловянным (луженым) - качественной реакцией открыт ионFе²⁺?

…………………………………………………………………………………………..

а) Оцинкованное железо.

Соотношение потенциалов: (Е°Fе²⁺/Fе =…................... В)……………(Е°Zn²⁺/Zn =............................................................ ………В),

следовательно, анод -........... …….., катод -…………. Процессы:

(А)..................... ………………......................... - процесс                           

(К)......................................... ……………….….- процесс                           

..................................................... ………………………ионно-молек. уравнение

........................................................ …………………..- молекулярное уравнение

б) Луженое железо.

Соотношение потенциалов: (Е°Fе²⁺/Fе =... В)................. (Е°Sn²⁺/Sn =   ……В),

следовательно, анод -........... , катод -................. Процессы:

(А).................................. ……………............................... - процесс   

(К)......................................... ……………………………- процесс     

........................................................ - ионно-молек. уравнение

........................................................ - молекулярное уравнение

Выводы:

Какое из покрытий катодное, какое - анодное?.....................

Какое покрытие более надежное?.........................           

Какое покрытие при хорошем качестве более долговечно?.

опыт 5.Электролиз раствора иодида калия

Е° K⁺/K= ….B