8.1.3. Лабораторная работа № 5 Окислительно-восстановительные реакции

Цель работы: ознакомление с окислительно-восстановительными свойствами химических веществ; освоение методики составления уравнений окислительно-восстановительных процессов.

Теоретическое введение

Привести понятия окисления и восстановления, окислителя и восстановителя, степени окисления, эквивалента окислителя и восстановителя, числа эквивалентности и молярной массы эквивалентов окислителя и восстановителя. Привести примеры и необходимые формулы.

Экспериментальная часть

Выполните опыты, запишите наблюдаемые изменения окраски раствора, выпадение осадка (цвет), выделение газа (пузырьки, запах). Запишите схему реакции, составьте уравнение, используя метод электронно - ионных полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель, реакции окисления и восстановления, числа эквивалентности окислителя и восстановителя. Вычислите молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя.

Опыт 1. В пробирку с 5-6 каплями 2н раствора серной кислоты опустите маленький кусочек цинка.

Опыт 2. В пробирку с 15-20 каплями 0,5 н раствора сульфата меди опустите железную пластинку (предварительно удалив с нее продукты коррозии наждачной бумагой). Наблюдайте, как изменилась поверхность железа.

Опыт 3. В пробирку с 3-4 каплями йодной воды (I₂) внесите 2-3 капли 0,5 н раствора сульфида натрия. Наблюдайте, как изменилась окраска йодной воды. Что произошло с йодом? Реакция выражается схемой

I₂ + Na₂S  NaI + S.

Опыт 4. В пробирку с 3-4 каплями 0,5 н раствора хлорида железа (III) прибавьте такое же количество раствора йодида калия. Наблюдайте изменение окраски раствора за счет выделения свободного йода. Реакция выражается схемой

FeCl₃ + KI  FeCl₂ + I₂ + KCl.

Опыт 5. В пробирку с 3-4 каплями 0,5 н раствора хлорида железа (III) добавьте 2-3 капли 0.5 н раствора серной кислоты и 3-4 капли 0,5 н раствора сульфида натрия. Наблюдайте происходящие изменения. Реакция выражается схемой

FeCl₃ + H₂SO₄ + Na₂S  FeCl₂ + S + Na₂SO₄ + HCl.

Опыт 6. В пробирку внесите одну каплю 0,5 н раствора перманганата калия, три капли 0,5 н раствора серной кислоты и 3 капли 0,5 н раствора сульфида натрия. Встряхните содержимое пробирки. Наблюдайте исчезновение окраски перманганат-ионов и помутнение раствора вследствие образования элементарной серы. Реакция выражается схемой

KMnO₄ + Na₂S + H₂SO₄  MnSO₄ + S + K₂SO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

С какой целью добавляется серная кислота?

Опыт 7. В пробирку внесите одну каплю 0,5 н раствора перманганата калия, три капли 0,5 н раствора серной кислоты и микрошпатель кристаллов сульфита натрия. Встряхните содержимое пробирки. Наблюдайте исчезновение окраски перманганат-ионов Реакция выражается схемой

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄  MnSO₄ + K₂SO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

С какой целью добавляется серная кислота?

Опыт 8. В пробирку внесите одну каплю 0,5 н раствора перманганата калия, три капли 0,5 н раствора серной кислоты и 3-5 капель концентрированного раствора перекиси водорода. Наблюдайте исчезновение окраски перманганат-ионов и образование пузырьков кислорода. Реакция выражается схемой

KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄  MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O + O₂.

Опыт 9. В пробирку с 3-4 каплями 0,1 н раствора сульфата хрома прибавьте 2-3 капли 20 % раствора NaOH и 3-5 капель концентрированного раствора перекиси водорода. Наблюдайте переход бледно-зелёной окраски ионов Cr³⁺ в жёлтую окраску хромат-ионов. Схема реакции:

Cr₂(SO₄)₃ + H₂O₂ + NaOH  Na₂CrO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

Опыт 10. В пробирку с 3-4 каплями 0,5 н раствора сульфата меди прибавьте 2-3 капли 0,5 н раствора йодида калия. Наблюдайте образование осадка CuI и окрашивание раствора свободным йодом. Реакция протекает в две стадии

CuSO₄ + KI  CuI₂ + K₂SO₄;

CuI₂  CuI + I₂.

Какая из реакций окислительно-восстановительная?

Опыт 11. В пробирку с 3-4 каплями раствора нитрита калия (С_эк =2) прибавьте 2-3 капли раствора серной кислоты (С_эк =2). Наблюдайте выделение бурого газа. Реакция протекает в три стадии

KNO₂ + H₂SO₄  HNO₂ + KHSO₄;

HNO₂  HNO₃ + NO + H₂O;

NO + O₂  NO₂ .

Какие реакции являются окислительно - восстановительными?

Опыт 12. Поместите в пробирку 3 капли раствора перманганата калия KМnO₄, затем добавьте каплю разбавленной серной кислоты и несколько капель щавелевой кислоты. Нагрейте раствор до обесцвечивания. В случае сохранения окраски добавьте щавелевой кислоты. Схема реакции:

KMnO₄ + Н₂С₂O₄ + H₂SO₄  MnSO₄ + K₂SO₄ + СO₂ + H₂O.

Примечание: в кислой среде перманганат-ион восстанавливается до Mn²⁺.

Опыт 13. Поместите в пробирку 3 капли раствора перманганата калия KМnO₄, затем добавьте микрошпатель кристаллов щавелевой кислоты. Наблюдайте образование коричневого осадка оксида марганца (IV).

Схема реакции:

KMnO₄ + Н₂С₂O₄  MnO₂ + KНСO₃ + СO₂ + H₂O.

Примечание: в нейтральной среде перманганат-ион восстанавливается до MnО₂.

Опыт 14. Поместите в пробирку с кристаллическим едким кали (получить у инженера) 3 капли раствора перманганата калия KМnO₄ и несколько капель раствора щавелевой кислоты до появления тёмно-зелёной окраски K₂МnO₄ или тёмно-синей окраски K₃МnO₄. Образованию последнего соединения благоприятствует низкая температура, недостаток восстановителя и избыток щёлочи. Схемы реакций:

KMnO₄ + Н₂С₂O₄ + КОН  K₂МnO₄ + K₂СO₃ + Н₂О

KMnO₄ + Н₂С₂O₄ + КОН  K₃МnO₄ + K₂СO₃ + Н₂О

Примечание: в щёлочной среде перманганат-ион восстанавливается, обычно, до ^-.

Опыт 15. Поместите в пробирку 3 капли раствора перманганата калия KМnO₄, затем добавьте каплю разбавленной серной кислоты и микрошпатель железного купороса FeSO₄^.7H₂O. Наблюдайте изменение цвета раствора. В случае сохранения окраски перманганата калия добавьте железного купороса. Схема реакции:

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄  MnSO₄ + K₂SO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + H₂O.

Опыт 16. Поместите в пробирку 3 капли раствора дихромата калия K₂Cr₂O₇, затем добавьте каплю разбавленной серной кислоты и 3 капли раствора йодида калия. Наблюдайте изменение цвета раствора. Схема реакции:

K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + I₂ + H₂O.

Опыт 16. Поместите в пробирку 3 капли раствора йода, затем добавьте раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ до обесцвечивания в результате образования бесцветных тетратионата натрия Na₂S₄O₆ и иодида натрия. Схема реакции:

Na₂S₂O₃ + I₂  + NaI .

Выводы.

Контрольные вопросы

1. Определите степень окисления хлора в HClO₄, фосфора в K₂H₂P₂O₇, водорода в КН и Н₂О₂, кислорода в OF₂ и Н₂О₂.

2. Какое из следующих соединений является окислителем, восстановителем или и окислителем и восстановителем: K₂МnO₄, Н₂С₂О₄, FeSO₄, KI, H₂, K₂Cr₂O₇, KМnO₄, NH₃, N₂H₄, HCl. Ответ аргументировать.