17569

Поведение важнейших окислителей и восстановителей. Прогнозирование продуктов окислительно-восстановительных реакций

Конспект урока

Химия и фармакология

Перманганат-ион выступает окислителем в любой среде, от рН среды зависит продукт восстановления перманганата-иона. Кислую среду создают серная, азотная, соляная и другие сильные кислоты, раствор сернистого газа. Азотная кислота помимо создания кислой среды будет проявлять окислительные свойства

Русский

2016-09-14

821 KB

69 чел.

Занятие 3. Поведение важнейших окислителей и восстановителей. Прогнозирование продуктов окислительно-восстановительных реакций.

Прогнозирование продуктов окислительно-восстановительных реакций – одно из самых сложных умений, которое базируется не только на знаниях, но и на опыте. Именно поэтому учащимся трудно предполагать продукты ОВР. Кроме того, продукты окислительно-восстановительных реакций зависят от ряда факторов: температуры, концентрации реагентов, рН среды, мольного соотношения реагирующих веществ и т.д. В одной и той же реакции может получаться смесь продуктов (например, при взаимодействии концентрированной азотной кислоты с металлами), в таком случае нужно считать правильным любой из возможных вариантов.

Задача нашего занятия – выяснить, какие окислители и восстановители используются в заданиях ЕГЭ наиболее часто, и рассмотреть их поведение.

Напомню, что вещества, содержащие элемент в высшей степени окисления, выступают окислителями, в низшей – восстановителями, а остальные могут проявлять окислительно-восстановительную двойственность.

Наиболее часто встречающиеся в ЕГЭ окислители: KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, нитраты, H2SO4, галогены и их кислородные соединения, феррат.

СОЕДИНЕНИЯ МАРГАНЦА В ОВР

Перманганат-ион выступает окислителем в любой среде, от рН среды зависит продукт восстановления перманганата-иона. Кислую среду создают серная, азотная, соляная и другие сильные кислоты, раствор сернистого газа. Азотная кислота помимо создания кислой среды будет проявлять окислительные свойства, а соляная (и другие галогеноводородные кислоты, кроме HF) – восстановительные свойства. Щелочная среда создается растворами щелочей и аммиака, сульфидов щелочных металлов. Тот или иной продукт восстановления объясняется его устойчивостью в данной среде. Надо заметить, что в некоторых заданиях С1 в качестве продукта восстановления KMnO4 в щелочной среде указывается оксид марганца (IV). Это объясняется тем, что манганат (K2MnO4) в принципе неустойчивое вещество и в растворе самопроизвольно диспропорционирует на оксид марганца(IV) и перманганат.

Схема 1. Поведение перманганат-иона в ОВР

Приведем примеры, следуя выше указанной схеме:

KMnO4 + К2SO3 + H2SO4

Окислитель восстановитель создает кислую среду,

Следовательно перманганат превратится в сульфат марганца (II), сульфит окислится до сульфата, ионы калия свяжутся сульфат-ионами, ионы водорода превратятся в воду.

2KMnO4 + 5К2SO3 + 3H2SO4 = 6К2SO4+ 2MnSO4+ 3H2O

KMnO4 + К2SO3 + H2O

Окислитель восстановитель среда близка к нейтральной (слабо щелочная из-за гидролиза сульфита) , следовательно перманганат превратится в оксид марганца (IV), сульфит окислится до сульфата, ионы калия свяжутся с гидроксид-ионами.

2KMnO4 + 3К2SO3 + H2O = 3К2SO4+ 2MnO2+2KOH

KMnO4 + К2SO3 + KOH

Окислитель восстановитель создает щелочную среду,

Следовательно перманганат превратится в манганат калия, сульфит окислится до сульфата, побочный продукт - вода:

2KMnO4 +К2SO3 + 2KOH = К2SO4+ 2 K2MnO4+ H2O

2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O = К2SO4+ 2MnSO4+ 2H2 SO4

Создает кислую среду

Манганат-ион также может выступать окислителем (в нейтральной и кислой среде):

Схема 2. Поведение манганат-иона в ОВР

Оксид марганца (IV) выступает окислителем в кислой среде с образованием солей манганца (II):

Нужно заметить, что соли марганца (II), оксид марганца (IV) и манганаты могут выступать восстановителями, при этом продукт их окисления также зависит от среды: в нейтральной среде получится оксид марганца (IV), в щелочной – манганат, в кислой – перманганат.

Примеры:

MnCl2 + O3 + H2O = MnO2 + O2 + 2HCl

восстановитель окислитель нейтральная среда продукт окисления

Mn(OH)2 + 2Cl2 + 6KOH = K2MnO4 + 4H2O + 4KCl

восстановитель окислитель щелочная среда продукт окисления

MnO2 + KNO3 + 2KOH = K2MnO4 + H2O + K NO2

восстановитель окислитель щелочная среда продукт окисления

2MnSO4+ 5NaBiO3 +16HNO3 = 2HMnO4 + 2Na2SO4 + 7H2O + NaNO3+5Bi (NO3)3

Восст-ель окис-ль кислая среда продукт окисления

СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА В ОВР

Продукты восстановления хроматов и дихроматов также зависят от среды. Хроматы могут существовать в нейтральной и щелочной среде, дихроматы – в кислой и нейтральной. В кислой среде, как правило, продуктом восстановления является соль хрома +3, в нейтральной – гидроксид хрома (III), в щелочной – комплексная соль, гексагидроксохромат.

Схема 3. Поведение хрома +6 в ОВР

Приведем примеры:

K2Cr2O7 + К2SO3 + H2SO4

Окислитель восстановитель создает кислую среду,

Следовательно дихромат превратится в сульфат хрома (III), сульфит окислится до сульфата, ионы калия свяжутся сульфат-ионами, ионы водорода превратятся в воду.

K2Cr2O7 + 3К2SO3 + 4H2SO4 = 4К2SO4+ Cr2(SO4)3+ 4H2O

K2Cr2O7 + К2SO3 + H2O

Окислитель восстановитель среда близка к нейтральной (слабо щелочная из-за гидролиза сульфита) , следовательно дихромат превратится в гидроксид хрома (III), сульфит окислится до сульфата, ионы калия свяжутся с гидроксид-ионами.

K2Cr2O7 + 3К2SO3 + 4H2O = 3К2SO4+ 2Cr(OH)3+2KOH

K2CrO4 + К2SO3 + KOH

Окислитель восстановитель создает щелочную среду,

Следовательно хромат превратится в гексагидроксохромат (III) калия, сульфит окислится до сульфата, побочный продукт - вода, при расставлении коэффициентов оказывается, что воду нужно перенести в левую часть уравнения:

2K2CrO4 + 3К2SO3 + 2KOH + 5H2O = 3К2SO4+ 2K3[Cr(OH)6]

K2CrO4 + К2S + H2O

Окислитель восстановитель за счет гидролиза создает щелочную среду,

Следовательно хромат превратится в гексагидроксохромат (III) калия, сульфид окислится до серы, побочный продукт - вода:

2K2CrO4 + 3К2S + 8H2O = 3S+ 2K3[Cr(OH)6] + 4KOH

Соответственно, все соединения хрома (III) можно окислить в кислой среде до дихромата, в щелочной – до хромата. Наример:

2Cr(OH)3 + 3Cl2 + 10KOH = 2K2CrO4 + 6КCl + 8H2O

восстановитель окислитель щелочная среда продукт окисления

2CrCl3 + HClO3 + 4H2O = H2Cr2O7 + 7HCl

восстановитель окислитель кислая среда продукт окисления

АЗОТНАЯ КИСЛОТА В ОВР

Азотная кислота может окислять металлы, неметаллы, сложные вещества. При окислении неметаллов и сложных веществ концентрированная азотная кислота, как правило восстанавливается до оксида азота (IV), разбавленная – до оксида азота (II)

Довольно проблематичным является вопрос о продуктах взаимодействия металлов с азотной кислотой. Предлагаю вам ознакомиться с таблицей, приведенной в статье В.А. Красицкого «Окислительные свойства азотной кислоты» (Химия в школе, 2007 г, № 4, с.59

Таблица 1.

Схема 4. Поведение концентрированной азотной кислоты в ОВР

Cхема 5. Поведение разбавленной азотной кислоты в ОВР

Особенночасто в ЕГЭ встречаются уравнения реакций окисления сульфидов азотной кислотой. Концентрированная азотная кислота окисляет соединения серы до сульфатов, разбавленная – окисляет сульфиды до свободной серы.

Рассмотрим примеры:

CuS + 8HNO3 (к) = CuSO4 + 8NO2 + 4H2O

3H2S + 2HNO3 (р) = 3S + 2NO + 4H2O

НИТРАТЫ

Нитраты могут быть использованы как окислители в кристаллическом виде, так как при их нагревании выделяется кислород, в атмосфере которого сгорает восстановитель, наример: 5KNO3 + 2P = P2O5 + 5KNO2

Использование нитрата как окислителя в растворе приводит к образованию нитрита, однако атомарный водород в щелочной среде может восстановить нитрат до аммиака. В приведенных ниже реакциях при взаимодействии цинка с кислотой и щелочью выделяется атомарный водород, восстанавоивающий нитрат- ион:

Zn + 2HCl + KNO3 = ZnCl2 + H2O + KNO2

4Zn + 7KOH + KNO3 + 6H2O = 4K2[Zn(OH)4] + NH3

СЕРНАЯ КИСЛОТА

Схема 6. Поведение концентрированной серной кислоты в ОВР

Приведем примеры:

H2SO4 + 2HBr = Br2 + SO2 + 2H2O (бромоводород – слабый восстановитель)

H2SO4 + 8HI = 4I2 + H2 S+ 4H2O (йододород – сильный восстановитель)

Галогены и их кислородные соединения восстанавливаются до галогенид-анионов:

KClO3 +3KNO2 = KCl + 3KNO3

Ферраты восстанавливаются до солей железа (III):

2K2FeO4 + 16HCl = 3Cl2 + 2FeCl3 + 4KCl + 8H2O

Наиболее часто встречающиеся в ЕГЭ восстановители: сероводород, сульфиды, сульфиты, нитриты, галогениды, аммиак, невысшие оксиды (марганца, фосфора, серы), соли железа (II), марганца (II), хрома (II) и (III), металлы.

Наибольшее разнообразие продуктов дают соединения серы:

Схема 7. Окисление соединений серы

С остальными восстановителями всё достаточно однозначно:

Нитриты окисляются до нитратов,

Галогениды окисляются до свободных галогенов (в случае очень сильных окислителей – до галогенат-анионов ГалО3 – ).

Аммиак окисляется, как правило, до азота.

Невысшие оксиды фосфора и серы в безводной среде – до высших оксидов, в водной нейтральрой и кислой среде – до высших кислот, в щелочной среде – до солей высших кислот.

Оксид марганца (IV) – до манганата в щелочной среде, перманганата – в кислой среде.

Соли железа (II) – до солей железа (III) в кислой среде, до гидроксида железа (III) – в нейтральной и щелочной среде, очень сильные окислители в щелочной среде приводят к окислению до феррата.

Соли марганца (II) – в нейтральной среде до оксид марганца (IV), в щелочной среде – до манганата, в кислой в присутствии очень сильного окислителя – до перманганата.

Соли хрома (II) окисляются до солей хрома (III), соли хрома (III) - в щелочной среде до хроматов, в кислой – до дихроматов.

ЗАДАНИЕ

Предположите продукты реакций, расставьте коэффициенты. Выбранные Вами продукты реакций обоснуйте. В ответах электронный баланс писать не нужно.

Пример выполнения домашнего задания:

Задание: дихромат калия с водным раствором сероводорода.

Решение: Дихромат калия – окислитель, сероводород – восстановитель, среда будет близка к нейтральной, так как сероводород – очень слабая кислота, а растворимость сероводорода незначительная.

В нейтральной среде дихромат восстанавливается до гидроксида хрома (III) (схема 3), а сероводород окисляется до серы (схема 7)

K2Cr2O7 + 3H2S + H2O = 3S + 2Cr(OH)3 + 2KOH

1) перманганат калия с нитритом натрия в растворе гидроксида калия;

2) сероводород с водным раствором хромата калия;

3) алюминий с очень разбавленной азотной кислотой (см. таблицу 1);

4) фосфор с концентрированной серной кислотой;

5) сульфит калия с концентрированной азотной кислотой;

6) бромат калия с йодидом калия в сернокислом растворе;

7) сульфат железа (II)с концентрированной серной кислотой;

8) сульфат хрома (III) с бромом в растворе гидроксида калия;

9) нитрат натрия с раствором гидроксида натрия в присутствии алюминия;

10) феррат калия с водным раствором аммиака.

Ответы (с указанием фамилии) оформляются в файле WORD, имя файла Familija-Z-3. (Familija- фамилия участника – англ.) Работы, выполненные в WORDe, отправляются электронной почтой на адрес ximclass@mail.ru, с обязательным указанием в Теме письма слов "Мастер-класс" с указанием номера задания ( Z3 ) и фамилии (Например: Мастер-класс, Z3, Иванов А.А.).

В самом письме можно ничего не писать, а файл с заданием нужно прикрепить к этому письму.

Контрольный срок выполнения задания №2 до 21-00 мск вр, 07.02.11 (понедельник).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19950. Связи между параметрами переноса и влияние на них дополнительных гипотез 57.09 KB
  Рассмотреть связи между параметрами переноса и влияние на них дополнительных гипотез. Представить методику определения предэкпонентных членов коэффициентов диффузии. Обосновать желание использовать дополнительные экспериментальные материалы по выходу ГПД в низкотемпературной области. Предложить модель для описания выхода ГПД при низкой температуре. Поставить и решить соответствующую задачу. Сопоставить расчет с экспериментом.
19951. Предположение о равенстве зернограничных параметров переноса в низкотемпературной и высокотемпературной области для образца с (Топливо ВВЭР) 93.93 KB
  Ввести предположение о равенстве зернограничных параметров переноса в низкотемпературной и высокотемпературной области для образца с (Топливо ВВЭР). Рассмотреть связи (аналитическая и графическая форма) между параметрами переноса и влияние на них указанного выше предположения. Представить численные значения параметров переноса и погрешности их восстановления. Сопоставить полученные результаты с данными других авторов.
19952. Результаты экспериментальных исследований влияния деформации ползучести на выход ГПД 59.44 KB
  Познакомить слушателей с результатами экспериментальных исследований влияния деформации ползучести на выход ГПД. Предложить диффузионно-конвективную модель для описания выхода ГПД при наличии пластической деформации. Поставить и решить стационарную задачу. Сопоставить аналитическое решение с экспериментом.
19953. Современный этап развития ядерной энергетики. Реакторы на тепловых и быстрых нейтронах 87.44 KB
  Конкретные пути решения задач, поставленных Президентом, представлены в «Стратегии развития ядерной энергетики России до середины XXI века», принятой Минатомом России в 2000-м году и одобренной Правительством РФ. В последующие годы были разработаны и приняты к исполнению ряд конкретных программ по направлениям. Некоторые из них включают разделы связанные непосредственно с решением проблем экологии и выводом АЭС из эксплуатации, эти задачи обеспечиваются значительной финансовой поддержкой.
19954. Элементы активной зоны ядерного реактора и реакторные испытания 30.76 KB
  Снижение затрат в процессе разработки твэлов удается достигнуть при использовании расчетных программ определения их работоспособности. Использование в программах расчета феноменологических характеристик материалов требует экспериментального исследования последних в режимах, близких к режимам эксплуатации материалов в твэлах. Знание этих характеристик особенно важно для разработчиков твэлов.
19955. Программа комплексной стандартизации методов, облучательных устройств и технических требований к реакторным и стендовым испытаниям 23.73 KB
  Рассмотреть программу комплексной стандартизации методов, облучательных устройств и технических требований к реакторным и стендовым испытаниям. Познакомить слушателей с каталогом и рубрикатором методов радиационных испытаний материалов и изделий ядерной техники в реакторах и защитных камерах и отраслевыми стандартами.
19956. Классификаций реакторных испытаний 28.86 KB
  Любую классификацию, по-видимому, следует рассматривать как, достаточно, подвижную форму упорядочения наших представлений. Именно поэтому ее не следует считать законченной и устоявшейся. К представленной ниже классификации необходимо относиться как к одному из многих возможных вариантов, который может дополняться и уточняться.
19957. Исследовательские реакторы ИРТ-2000 (проект) и ИРТ-МИФИ 28.79 KB
  Рассмотреть ядерный исследовательский реактор как источник излучений для реакторных испытаний. Познакомить слушателей с техническими характеристиками исследовательских реакторов Российской Федерации. Обосновать выбор реакторов для последующего детального рассмотрения. Дать общие представления о проекте типового исследовательского реактора ИРТ-2000 и рассмотреть возможности реактора ИРТ-МИФИ.
19958. Исследовательский реактор ИВВ-2- пример максимально возможного использования оборудования типового проекта ИРТ-2000 29.79 KB
  Познакомить слушателей с техническими характеристиками исследовательского реактора ИВВ-2, результатами его модернизации, устройством активной зоны и его возможностями и приспособленностью для проведения реакторных испытаний. Рассмотреть картограмму активной зоны и распределения потоков излучений по экспериментальным каналам.