1 курс 1 семестр / Химия / medchem_SAM_med_rus

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ:

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ:

1.Основные положения электронной теории ОВР. Степень окисления. Процессы окисления и восстановления. Молярная масса эквивалента окислителя (восстановителя).

2.Изменение окислительно-восстановительных свойств элементов по периодам и группам периодической системе Д.И. Менделеева. Характеристика основных окислителей и восстановителей

3.Три типа ОВР. Правила составления уравнений ОВР методом электронного баланса

4.Влияние температуры и pH среды на протекание окислительновосстановительных реакций и образование продуктов.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ.

Реакции окисления-восстановления – это реакции, идущие с изменением степени окисления атомов входящих в состав молекул реагирующих веществ. Или: это взаимодействие между окислителем и восстановителем, которое приводит к образованию нового окислителя и восстановителя.

Степень окисления – условный заряд атома в молекуле вычисленный, исходя из предположения, что молекула электронейтральна и состоит из ионов.

Потенциал ионизации – работа, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон от атома и удалить его из сферы влияния положительно заряженного ядра.

Энергия ионизации – энергия необходимая для превращения атома в ион.

Впериоде ионизационные потенциалы увеличиваются слева на право, что обусловлено уменьшением радиуса атома элемента, при этом восстановительные свойства элелементов уменьшаются, а окислительные - возрастают.

Вгруппе сверху вниз потенциал ионизации уменьшается т.к. радиусы атомов увеличиваются.

Сродство к электрону – энергия, выделяющаяся вследствие присоединения электрона к свободному атому (мера проявления неметаллических свойств) В периодах слева направо сродство к электрону увеличивается (максимум у галогенов) В подгруппах сверху вниз – уменьшается

Восстановители и окислители будут реагировать между собой лишь в том случае, если сродства к электрону окислялся больше, чем энергия ионизации восстановителя.

Электроотрицательность – это способность атома оттягивать на себя общую электронную плотность и приобретать отрицательный заряд. Или: электроотрицательность это полусумма потенциала ионизации и сродства к электрону. Используется понятие относительной электроотрицательности. По

39

школе Полинга относительная электроотрицательность для фтора принята 4 ед., а для лития – принята единице.

Процесс окисления – это отдача электронов атомом, молекулой или ионом. Процесс восстановления – это процесс присоединения электронов атомом,

молекулой или ионом.

Окислители – это вещества, обладающие ярко выраженной способностью присоединять электроны.

Восстановители – это вещества способные отдать электроны.

Молярная масса эквивалента окислителя (восстановителя) – равна массе одного моль - эквивалента вещества, выраженного в граммах.

Моль – эквивалент окислителя (восстановителя) это такая его масса,

которая присоединяет (или отдает) один моль электронов т.е. 6,02·1023 электронов

Для определения степени окисления необходимо знать:

1.Кислород всегда, проявляет степень окисления -2, кроме соединения F2-1 O+2; где у кислорода степень окисления +2 т.к. кислород менее электроотрицательный, чем фтор.

В пероксидах кислород имеет степень окисления -1.

2.Водород всегда проявляет степень окисления +1, кроме соединений водорода с активными металлами (класс гидридов Na+1; H-1; Ca+2H2-1).

3.Фтор всегда имеет степень окисления -1

4.Металлы I группы главной подгруппы в таблице Д.И. Менделеева всегда имеют степень окисления +1

5.Meталлы II группы главной подгруппы – имеют степень окисления +2.

6.Meталлы III группы главной подгруппы – имеют степень окисления +3

40

4. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: Основная литература:

1.А.С. Мороз, Д.Д.Луцевіч, Л.П. Яворська «Медична хімія» Вінниця

«Нова книга» 2006 с. 191-201; 206-207.

2.Калибабчук В.А. и др. Медицинская химия. Учебник. Медицина 2008 с. 209-215.

Дополнительная литература:

3.Левітін Є.Я.; Бризицька А.М.; Клюєва Р.Г. «Загальна та неорганічна хімія»-Вінниця «Нова книга» 2003, с. 210-227.

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

НАБОР ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ

Задача 1.

Любой химический элемент характеризуется понятием «степень окисления» Рассчитайте степени окисления элементов в приведенных примерах

1.Оксиды: R2O; RO; R2+3O3-2; R+4O2; R2+5O5; R+6O3-2; R2+7O7.

2.Основания: ROH; R(OH)2; R(OH)3.

3.Кислород содержащие кислоты: HNO2; HNO3; H2SO4; H3PO4; HClO;

HClO2; HClO3; HClO4.

4. Соли: NaNO3; Ca(NO3)2; Al2(SO4)3; Na2HPO4; Cu(OH)Cl; MnSO4.

Эталон решения:

Так как кислород в оксидах имеет степень окисления -2, исходим из определения степени окисления о том, что молекула должна быть электронейтральной, значит количество отрицательных зарядов должно быть равно количеству положительных зарядов.

Оксиды: R2O-2 на два атома металла (R) приходится два положительных заряда, а на один атом (+2) : 2 = (+1) тогда - R2+1O-2.

Основания: т.к. группа OH всегда имеет заряд -1, то элемент будет иметь

столько положительных зарядов, сколько в составе молекулы имеется группы

(OH)-1; R+1(OH)-1; R+2(OH)2-2; R+3(OH)3-1.

Кислоты: кислотный остаток в целом будет иметь столько отрицательных

зарядов, сколько в составе кислоты будет атомов водорода: H+1(NO3)-1; H2+1(SO4)-2; H3+1(PO4)-3 и т.д.

Для расчета степени окисления образующего элемента в кислоте необходимо помнить, что водород имеет степень окисления (+1), а кислород –

Значит всего положительных зарядов должно быть тоже 8, на водород приходится только две положительных заряда. Считаем разность:(-8) – (+2) = (- 6) меняем знак на обратный получаем (+6), значит степень окисления серы

42

Соли: в солях степень окисления кислотного остатка всегда такая же, как в кислоте. Условие тоже: количество положительных зарядов равно количеству отрицательных зарядов, молекула электронейтральна, т.е. заряд молекулы равен нулю.

NaNO3 ; Na2HPO4; Al2(SO4)3. Рассчитаем степень окисления алюминия в соли Al2(SO4)3. Кислотный остаток SO4 имеет заряд (-2), таких остатков три, (- 2)·3 иона = (-6). Отрицательных зарядов шесть, значит положительных зарядов тоже шесть. Общий положительный заряд надо разделить на количество атомов алюминия.

(+6): 2 ат. = (+3) Al2+ 3(SO4)3-2

Задача 2.

Исходя, из электронной теории ОВР в приведенных схемах перехода электронов укажите, процессы окисления и восстановления, что является окислителем и восстановителем.

1.Feº - 3e→Fe+3

2.Fe+3+3e→Feº

3.Fe+3+1e→Fe+2

4.S+6+6e→Sº

5.Cr+3-3e→Cr+6

6.Mn+7+5e→Mn+2

Эталон решения:

Основные положения электронной теории:

1.Окислением называется процесс отдачи электронов.

2.Восстановлением называется процесс присоединения электронов.

3.Окислители – это частицы принимающие электроны.

4.Восстановители – это частицы отдающие электроны.

Fe0-3e→Fe+3 процесс окисления;

Fe0 - восстановитель

Fe+3+3e→Fe0 - процесс восстановления

Fe+3 окислитель

Задача 3.

Окислительные свойства элементов находятся в периодической зависимости от их строения. Объяснить, как меняются окислительные свойства элементов в III периоде слева направо.

Эталон решения:

Сродство к электрону служит мерой окислительной способности атома: чем больше у атома сродство к электрону, тем более сильным окислителем он является, так как легко присоединяет электрон. В пределах III периода слева направо электроносросродство увеличивается, значит в этом же направлении усиливаются окислительные свойства. Чем ближе к инертному газу стоит элемент в периодической таблице, тем больше сродство к электрону.

43

Задача 4.

Сравнивая металлы и не металлы, следует отметить, что атомы металлов не способны принимать электроны. Объяснить, как меняются восстановительные свойства элементов в группах сверху вниз.

Эталон решения:

Потенциал ионизации служит мерой восстановительной активности элементов. Чем меньше потенциал ионизации у атома, тем сильнее восстановительные свойства. В пределах групп сверху вниз увеличивается радиус атома и валентные электроны располагаются все дальше от ядра. Энергозатраты на отрыв электрона от ядра уменьшается, восстановительные свойства элементов в группах сверху вниз усиливаются.

Задача 5.

Составить уравнение ОВР между хлоридом железа (III) FeCl3 и йодоводородом HJ, зная, что в результате выделится свободный йод. Укажите окислитель и восстановитель.

Эталон решения:

1. Составим схему реакции и проставим степени окисления всех

элементов:

H+1I-1 + Fe+3Cl3-1→I20 + Fe+2Cl2-1 + H+1Cl-1

2.Определим элементы, у которых изменилась степень окисления – железо и йод.

3.Выразим происходящий процесс электронными уравнениями:

4.Справа от электронных уравнений проводим черту и проставляем коэффициенты, соответствующие числу электронов, отданных восстановителем

ипринятых окислителем.

5.Расставляем коэффициенты в схеме реакции:

2HI + 2 FeCl3→I2 + FeCl2 + HCl

6. Уравнением число атомов всех элементов в левой и правой частях уравнения реакции записываем уравнение реакции в молекулярной форме:

2HI + 2FeCl3→I2 + 2FeCl2 + 2HCl

Задача 6.

Методом електронного баланса подберите коэфициенты в следующем уравнении ОВР. Укажите окислитель, восстановитель и тип реакции.

NaNO2 + Br2 + H2O→ NaNO3 + HBr

Эталон решения:

1.Проставляем степени окисления элементов и выявляем те элементы

которые меняют степень окисления.

Na+1N+3O2-2 + Br20 + H2+1O-2→ Na+1N+5O3-2 + H+1Br-1

Меняет степень окисления азот и бром.

44

2. Составляем уравнение электронного баланса, определяем окислитель и восстановитель, проставляем дополнительные множители.

3. Переписываем уравнение с коэффициентами. NaNO2 + H2O + Br2 → NaNO3 + 2HBr

4.Определяем тип ОВР, исходя из того, что обмен электронами происходит между разными атомами.

5.Вывод: данная ОВР относится к типу межмолекулярных окислительно – восстановительных реакций.

Задача 7.

Самостоятельно решить уравнение методом електронного баланса и определить тип реакции: KClO3 = O2 + KCl

(Эталон ответа: сумма коэффициентов равна 7; тип реакции: внутримолекулярная).

Задача 8.

Перманганат калия KMnO4 применяется в аналитической химии. Являясь окислителем KMn+7O4 может восстанавливаться до Mn+2, Mn+4 или Mn+6. Продукты восстановления зависят от того, в какой среде идет реакция и при

Подкисление проводят только серной кислотой H2SO4

K+1Mn+7O4-2 + Na2+1S+4O3-2 + H2+1S+6O4-2→ Mn+2S+6O4-2 + Na2+1S+6O4-2 +

K2+1S+6O4-2 + H2+1O-2

Эталон решения:

1.Расставляем степени окисления над элементами и выявляем те элементы, которые меняют степень окисления. Это Mn+7 и S+4

2.Выразим процесс электронными уравнениями и определим окислитель и восстановитель

Количество принятых электронов должно быть равно количеству отданных электронов.

4. Расставляем коэффициенты в схеме реакции и уравниваем число атомов всех элементов в левой и правой части.

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

45

Задача 9.

Самостоятельно решите два уравнения методом электронного баланса

1. KMnO4 + Na2SO3 + KOH→K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

сильнощелочная (Эталон ответа: сумма коэффициентов равна 9)

2. KMnO4 + Na2SO3 + H2O→MnO2 + Na2SO4 + KOH

нейтральная (Эталон ответа: сумма коэффициентов равна 13)

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

Задание 1.

Условный заряд элемента может быть определен исходя из представления о количестве отданных или принятых атомов электронов при образовании химической связи. Укажите, данную характеристику элемента в соединении:

A.Электроотрицательность;

B.Валентность;

C.Степень окисления;

D.Энергия ионизации;

E.Сродство к электрону.

Задание 2.

Укажите, какая из приведенных реакций относится к окислительно – восстановительной:

A.Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2;

B.H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O;

C.Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S;

D.Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2;

E.SO3 + H2O = H2SO4.

Задание 3.

Укажите, в каком из приведенных соединений содержится элемент в наивысшей для него степени окисления:

A.MnO2;

B.KClO4;

C.CrCl3;

D.FeCl2;

E.K2MnO4.

Задание 4.

Определите, какой из элементов может проявлять в соединениях степень окисления равную +6:

A.Al;

B.K;

46

C.H;

D.S;

E.Ca.

Задание 5.

Определите, какой из приведенных элементов может проявлять в соединениях и положительную и отрицательную степени окисления:

A.Li;

B.N;

C.Mn;

D.Mg;

E.Rb.

Задание 6.

Состав внешнего электронного слоя элементов в периодической системе по мере возрастания порядкового номера изменяется периодически. Укажите, как меняются окислительные свойства элементов в периодах слева направо:

A.Усиливаются;

B.Ослабевают;

C.Не меняются;

D.Зависит от количества принятых электронов;

E.Зависит от количества отданных электронов.

Задание 7.

Средство к электрону служит мерой окислительной способности атома. Укажите, как меняются восстановительные свойства элементов в группах сверху вниз:

A.Усиливаются;

B.Не меняются;

C.Ослабевают;

D.Зависит от количества отданных электронов;

E.Зависит от количества принятых электронов.

Задание 8.

Методом электронного баланса подберите коэффициенты в следующем уравнении ОВР:

NaNO2 + Br2→NaNO3 + HBr

Укажите, чему равна сумма стехиометрических коэффициентов в этом уравнении:

A.6;

B.8;

C.10;

D.15;

E.22.

47

Задание 9.

Методом электронного баланса подберите коэффициенты в следующем уравнении ОВР:

Cl2 + KOH→KCl + KClO + H2O

Укажите, чему равна сумма стехиометрических коэффициентов в данном уравнении:

A.3;

B.4;

C.5;

D.6;

E.10.

Задание 10.

Перманганат калия KMnO4 обладает бактерицидным, дезинфицирующим действием, это объясняет его применение в медицине и в быту. Укажите, какая необходима среда реакции, чтобы фиолетовый раствор KMnO4 полностью обесцветился:

A.Кислая;

B.Окислительно-восстановительная;

C.Щелочная;

D.Нейтральная;

E.Сильно щелочная.

48