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

50627. Метод касательных 32.5 KB
  Порядок выполнения работы: Построим график функции: Минимизируем исходную функцию стандартными средствами MtLb: Получим: min = 0.
50628. Метод покоординатного спуска 56.5 KB
  Напишем программу минимизации функции методом покоординатного спуска: Минимизируем исходную функцию стандартными средствами MatLab
50629. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МЕЖСЕТЕВОГО ЭКРАНА VIPNET OFFICE FIREWALL 78.5 KB
  Изучение функционирования программного обеспечения VIPNET OFFICE FIREWLL приобретение навыков по работе с данным продуктом. Межсетевые экраны firewll это средство которое разграничивает доступ между двумя сетями или в частном случае узлами с различными требованиями по обеспечению безопасности. Программное обеспечение VIPNET OFFICE FIREWLL документация VIPNET OFFICE FIREWLL 4.
50631. ССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ ЧАСТНЫХ СЕТЕЙ (VPN) VIPNET OFFICE 367.5 KB
  Системы построения VPN Из пункта А в пункт Б необходимо передать информацию таким образом чтобы к ней никто не смог получить доступ. Итак как сделать так чтобы информация могла передаваться по тем же проводам что и обычная информация но при этом была недоступна для других Помочь в этом может технология виртуальных частных сетей virtul privte network VPN....
50632. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ VIPNET DISCGUISE 50.5 KB
  Изучение функционирования программного обеспечения ViPNet DISCguise предназначенного для защиты от несанкционированного доступа к файлам и каталогам любого формата на жестких дисках дискетах и других носителях информации приобретение навыков по работе с данным продуктом. Общая характеристика средств защиты информации в КС от несанкционированного доступа Угроза несанкционированного доступа к информационным ресурсам КС представляется достаточно опасной с точки зрения возможных последствий. Для несанкционированного доступа злоумышленник...
50633. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ VIPNET SAFEDISK 50.5 KB
  Изучение функционирования программного обеспечения ViPNet SafeDisk предназначенного для надежной защиты конфиденциальной информации приобретение навыков по работе с данным продуктом. Программное обеспечение ViPNet SafeDisk документация ViPNet SafeDisk 4. Включить ПК открыть файл с документацией ViPNet SafeDisk 5.
50634. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ VIPNET ГЕНЕРАТОР ПАРОЛЕЙ 54.5 KB
  Для ввода пароля как правило используется штатная клавиатура КС. Запись пароля значительно повышает вероятность его компрометации нарушения конфиденциальности. Желательным является наличие в пароле парадоксального сочетания букв слов полученного например путем набора русских букв пароля на латинском регистре. Для того чтобы воспрепятствовать использованию злоумышленником похищенного пароля в его тексте должны быть мысленно предусмотрены не записываемые на бумаге пробелы или другие символы в начале внутри а также в конце основных...
50635. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ DEVICELOCK 54 KB
  Изучение функционирования программного обеспечения DeviceLock предназначенного для контроля доступа пользователей к дисководам CDROMам другим сменным устройствам адаптерам WiFi и Bluetooth а также к USB FireWire инфракрасным COM и LPT портам приобретение навыков по работе с данным продуктом. Сущность разграничения доступа к элементам защищаемой информации заключается в том чтобы каждому зарегистрированному пользователю предоставить возможности беспрепятственного доступа к информации в пределах его полномочий и исключить возможности...