OVR-1
.pdfФедеральное агентство по образованию
Московская Государственная академия тонкой
химической технологии им. М. В. Ломоносова
Кафедра неорганической химии
Учебные карты по теме:
Окислительно-восстановительные реакции
Учебно-методическое пособие
Москва, 2008 г.
www.mitht.ru/e-library
ББК 24.1 я 73
УДК 378.14.51
Рецензент: к.х.н., проф. Аликберова Л.Ю. (МИТХТ, кафедра неорганической химии)
Давыдова М.Н., Покровская Л.И., Белоусова А.П.
Учебные карты по теме: Окислительновосстановительные реакции.
Учебно-методическое пособие: МИТХТ, 2008, 64 с.
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия. Поз.№ 09 /2008.
Данное пособие в виде методических указаний предназначено для студентов I-ого курса факультетов очного и очно-заочного образования и будет полезно им в самостоятельной работе по теме «Окисли- тельно-восстановительные реакции». Работа с учебными картами поможет студентам приобрести навык в составлении уравнений окисли- тельно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах, методом электронно-ионных полуреакций. Использование учебных карт может быть рекомендовано как для аудиторной, так и для домашней работы учащихся.
Издание 2-е
МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2008 г.
2
www.mitht.ru/e-library
Введение.
Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в результате которых изменяются степени окисления атомов, входящих в состав молекул реагирующих веществ.
Практическое значение окислительно-восстановительных процессов чрезвычайно велико. Достаточно вспомнить, что к ним относятся реакции горения, большинство электрохимических реакций, они лежат в основе таких важнейших производств, как получение металлов, аммиака, серной, азотной, соляной кислот. Наконец, фотосинтез растений и дыхание живых организмов также представляют собой окислительно-восстановительные реакции.
Настоящее методическое пособие – это обучающая программа для студентов факультета очного и очно-заочного образования. Оно рассчитано на самостоятельную работу студентов и имеет целью дополнить учебную литературу с традиционным изложением материала. При работе с учебными картами учащиеся приобретают необходимые навыки в составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водном растворе, методом электронно-ионных полуреакций.
Пособие состоит из 21 учебной карты, каждая из которых содержит одну реакцию. В конце руководства прилагается таблица важнейших окислителей и восстановителей с указанием их восстановленных и окисленных форм при различных рН водного раствора.
Учебная карта состоит из задания и двух граф: правой – «Алгоритм действия» и левой – «Результат действия», которая служит для самопроверки.
Предлагается следующий порядок работы с обучающими карта-
ми.
Прежде всего, советуем внимательно изучить лекционный материал по этой теме. Перейдя к работе с картами, прочтите задание и запишите в рабочую тетрадь реагенты, соединив их знаком «+». Далее нужно последовательно выполнить все пункты графы «Алгоритм действия», сверяя получаемые результаты с ответами в графе «Результат действия». Сумма коэффициентов в правильно составленном молекулярном уравнении окислительно-восстановительной реакции должна быть равна указанной в задании.
3
www.mitht.ru/e-library
Задание 1.
Составить уравнение реакции взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой. Сумма стехиометрических коэффициентов в молекулярном уравнении равна 10.
Результат действия |
Алгоритм действия |
1)Cu + HNO3(конц.)
2)Cu + H+ + NO3-
2а) Cu + H+ + NO3-
3)Cu → Cu2+
4)Cu → Cu2+
5)Cu - 2ē = Cu2+
6)NO3- → NO2
1)Записываем реагенты в молекулярном виде.
2)Записываем реагенты в ионном виде.
HNO3 в водном растворе сильная кислота, существует в виде ионов.
2а) Определяем окислитель (Ок) и восстановитель (Вс), сре-
ду реакции.
NO3- - Ок, за счет N+V; Cu – Вс;
Среда кислотная (Н+)
3) Составляем полуреакцию для восстановителя.
Определяем окисленную форму
восстановителя. Для Cu это Cu2+
(Cu → CuII) - стр. 62.
4)Уравниваем число атомов справа и слева.
5)Уравниваем суммарный заряд слева и справа.
Слева суммарный заряд 0; справа суммарный заряд +2, то есть нужно из левой части вычесть 2 ē.
Составлена полуреакция для восстановителя.
6)Составляем полуреакцию для окислителя.
4
www.mitht.ru/e-library
|
|
|
|
Определяем восстановленную |
|
|
|
|
форму окислителя. Для NO3- в |
|
|
|
|
растворе НNO3(конц.) это NO2 |
7) NO3- + 2Н+ → NO2 + Н2О |
|
(NV → NIV) - стр. 62.. |
||
|
7) Уравниваем число атомов |
|||
|
|
|
|
слева и справа. |
|
|
|
|
Число атомов N одинаково. Слева |
|
|
|
|
есть 3 атома О, справа 2 атома О: |
|
|
|
|
учитывая среду реакции, в правую |
|
|
|
|
часть нужно прибавить Н2О, а в |
|
|
|
|
левую – 2Н+. |
8) NO3- + 2Н+ + ē = NO2 + Н2О |
8) Уравниваем суммарный за- |
|||
|
|
|
|
ряд слева и справа. |
|
|
|
|
Суммарный заряд слева: -1 + (+2) |
|
|
|
|
= +1. Суммарный заряд справа:0, |
|
|
|
|
то есть нужно к левой части при- |
|
|
|
|
бавить 1 ē. |
|
|
|
|
Получили полуреакцию для окис- |
|
|
|
|
лителя. |
9) |
|
|
|
9) Уравниваем число отданных |
Cu - 2ē = Cu2+ |
|
|
1 |
и принятых электронов. |
NO3- + 2Н+ + ē = NO2 + Н2О |
|
2 |
Находим дополнительные множи- |
|
|
||||
|
|
|
|
тели для каждой полуреакции. |
10) Cu + 2NO3- + 4Н+ = Cu2+ + |
10) Составляем ионное уравне- |
|||
+ 2NO2 +2Н2О |
|
ние ОВР. |
||
|
|
|
|
Суммируем левые и правые части |
|
|
|
|
полуреакций с учетом дополни- |
|
|
|
|
тельных множителей. Приводим |
|
|
|
|
подобные члены. |
11) Cu + 4HNO3(конц.) = |
|
11) Составляем молекулярное |
||
= Cu (NO3)2 + 2 NO2↑ +2Н2О |
|
уравнение ОВР. |
||
Используем ионное уравнение (п.10) и запись реагентов в молекулярном виде (п.1).
Сумма стехиометрических коэффициентов:
1 + 4 + 1 +2 + 2 = 10
5
www.mitht.ru/e-library
Задание 2.
Составить уравнение реакции взаимодействия меди с разбавленной азотной кислотой. Сумма стехиометрических коэффициентов в молекулярном уравнении равна 20.
Результат действия |
Алгоритм действия |
1)Cu + HNO3(разб.)
2)Cu + H+ + NO3-
2а) Cu + H+ + NO3-
3)Cu → Cu2+
4)Cu → Cu2+
5)Cu - 2ē = Cu2+
6)NO3- → NO
1)Записываем реагенты в молекулярном виде.
2)Записываем реагенты в ионном виде.
HNO3 в водном растворе сильная кислота, существует в виде ионов.
2а) Определяем окислитель (Ок) и восстановитель (Вс), сре-
ду реакции.
NO3- - Ок, за счет N+V; Cu – Вс;
Среда кислотная (Н+)
3) Составляем полуреакцию для восстановителя.
Определяем окисленную форму
восстановителя. Для Cu это Cu2+
(Cu → CuII) - стр. 62.
4)Уравниваем число атомов справа и слева.
5)Уравниваем суммарный заряд слева и справа.
Слева суммарный заряд 0; справа суммарный заряд +2, то есть нужно из левой части вычесть 2 ē. Составлена полуреакция для восстановителя.
6)Составляем полуреакцию для окислителя.
Определяем восстановленную
6
www.mitht.ru/e-library
|
|
|
|
форму окислителя. Для NO3- |
|
|
|
|
(разб. HNO3)это NO (NV → NII) - |
7) NO3- + 4Н+ → NO + 2Н2О |
стр. 62. |
|||
7) Уравниваем число атомов |
||||
|
|
|
|
слева и справа. |
|
|
|
|
Число атомов N одинаково. Слева |
|
|
|
|
есть 3 атома О, справа 1 атом О: |
|
|
|
|
учитывая среду реакции, в правую |
|
|
|
|
часть нужно прибавить 2Н2О, а в |
|
|
|
|
левую – 4Н+. |
8) NO3- + 4Н+ + 3ē = NO + |
8) Уравниваем суммарный за- |
|||
+ 2Н2О |
|
|
|
ряд слева и справа. |
|
|
|
|
Суммарный заряд слева: -1 + (4) = |
|
|
|
|
+3. Суммарный заряд справа:0, то |
|
|
|
|
есть нужно к левой части приба- |
|
|
|
|
вить 3 ē. |
|
|
|
|
Получили полуреакцию для окис- |
|
|
|
|
лителя. |
9) |
|
|
|
9) Уравниваем число отданных |
Cu - 2ē = Cu2+ |
|
|
3 |
и принятых электронов. |
|
||||
NO3- +4Н+ +3ē = NO + 2Н2О |
|
2 |
Находим дополнительные множи- |
|
|
||||
|
|
|
|
тели для каждой полуреакции. |
10) 3Cu + 2NO3- + 8Н+ |
= 3Cu2+ |
10) Составляем ионное уравне- |
||
+ 2NO +4Н2О |
|
|
|
ние ОВР. |
|
|
|
|
Суммируем левые и правые части |
|
|
|
|
полуреакций с учетом дополни- |
|
|
|
|
тельных множителей. Приводим |
|
|
|
|
подобные члены. |
11) 3Cu + 8HNO3(разб.) = |
11) Составляем молекулярное |
|||
= 3Cu (NO3)2 + 2NO↑ + 4Н2О |
уравнение ОВР. |
|||
Используем ионное уравнение (п.10) и запись реагентов в молекулярном виде (п.1).
Сумма стехиометрических коэффициентов:
3 + 8 + 3 +2 + 4 = 20
7
www.mitht.ru/e-library
Задание 3.
Составить уравнение реакции, происходящей между сульфидом меди и концентрированной азотной кислотой. Сумма стехиометрических коэффициентов в молекулярном уравнении равна 22.
Результат действия |
Алгоритм действия |
1)CuS(т) + HNO3(конц.)
2)CuS(т) + H+ + NO3-
2а) CuS + H+ + NO3-
1)Записываем реагенты в молекулярном виде.
2)Записываем реагенты в ионном виде.
CuS – твердое вещество, участвует в реакции в виде молекул. HNO3 в водном растворе сильная кислота, существует в виде ионов.
2а) Определяем окислитель Ок и восстановитель Вс, среду ре-
акции.
NO3- - Ок за счет N+V; CuS – Вс за счет S-II
Среда кислотная (Н+)
3) CuS → SO42- |
3) Составляем полуреакцию для |
|
восстановителя. |
|
Определяем окисленную форму |
|
восстановителя. Для CuS это SO42- |
|
(S-II → S+VI) - стр. 62. |
4) CuS + 4H2O → SO42- + Cu2+ |
4) Уравниваем число атомов |
+ 8H+ |
справа и слева. |
|
Число атомов S одинаково. |
|
Слева есть 1 атом Cu. Справа его |
|
нет, поэтому прибавляем в пра- |
|
вую часть Cu2+. |
|
Справа есть 4 атома О, поэтому в |
|
левую часть прибавляем 4Н2О, а в |
|
правую 8Н+. |
8
www.mitht.ru/e-library
5)CuS + 4H2O - 8 ē = SO42- + Cu2+ + 8H+
6)NO3- → NO2
7)NO3- + 2Н+ → NO2 + Н2О
8)NO3- + 2Н+ + ē = NO2 + Н2О
5)Уравниваем суммарный заряд слева и справа.
Слева суммарный заряд 0; справа суммарный заряд равен: – 2 + (+2) + (+8) = +8. Следовательно,
нужно из левой части уравнения вычесть 8 ē.
6)Составляем полуреакцию для окислителя.
Определяем восстановленную форму окислителя. Для NO3- в
растворе НNO3(конц.) это NO2
(NV → NIV) – стр.62.
7) Уравниваем число атомов слева и справа.
Число атомов N одинаково. Слева есть 3 атома О, справа 2 атома О: учитывая среду реакции, в правую
часть нужно прибавить Н2О, а в левую – 2Н+.
8) Уравниваем суммарный заряд слева и справа.
Суммарный заряд слева: -1 + (+2) = +1. Суммарный заряд справа:0, то есть нужно к левой части прибавить 1 ē.
Получили полуреакцию для окислителя.
9) |
|
9) Уравниваем число отданных |
CuS + 4H2O - 8 ē = SO42- + |
и принятых электронов. |
|
Cu2+ + 8H+ |
1 |
Находим дополнительные множи- |
NO3- + 2Н+ + ē = NO2 + Н2О 8 |
тели для каждой полуреакции. |
|
10) |
|
10) Составляем ионное уравне- |
CuS + 4Н2О + 8NO3- +16Н+ = |
ние ОВР. |
|
SO42- + Cu2+ |
+ 8Н+ + 8NO2 + |
Суммируем левые и правые части |
+8Н2О |
|
полуреакций с учетом дополни- |
9
www.mitht.ru/e-library
CuS + 8NO3- + 8Н+= SO42- + |
тельных множителей. Приводим |
Cu2+ + 8NO2 + 4Н2О |
подобные члены. |
11) CuS(т) + 8HNO3(конц.) = |
11) Составляем молекулярное |
= Cu SO4 + 8NO2↑ +4Н2О |
уравнение ОВР. |
|
Используем ионное уравнение |
|
(п.10) и запись реагентов в моле- |
|
кулярном виде (п.1). |
|
Сумма стехиометрических ко- |
|
эффициентов: |
|
1 + 8 + 1 +8 + 4 = 22 |
10
www.mitht.ru/e-library