Федеральное агентство по образованию

Нижегородский государственный университет

им. Н.И.Лобачевского

Химический факультет

Кафедра неорганической химии

Окислительно-восстановительные реакции

Отчёт по лабораторной работе

Преподаватель:

Р.М.Шапошников

Студенты группы 211 (II):

Т. Г. Огурцов,

О. А. Шилягина

Нижний Новгород, 2008

Задания лабораторной работы:

1. Окислительно – восстановительные реакции с участием перманганата калия, бихромата калия, серной и азотной кислот;

2. Реакции внутримолекулярного окисления – восстановления и диспропорционирования;

3. Окисление серы азотной кислотой.

Окислительно – восстановительные реакции с участием перманганата калия, серной и азотной кислот

Цель работы: провести окислительно – восстановительные реакции с участием перманганата калия, серной и азотной кислот.

Оборудование и реактивы: пробирки, пипетки, резиновая груша, стеклянные стаканы, фильтровальная бумага, спиртовка, дистиллированная вода, кристаллический перманганат калия (KMnO₄), концентрированные соляная, серная, азотная кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃), иодид калия (KI), 0,1Н раствор перманганата калия (KMnO₄), 10% и 0,1Н раствор серной кислоты (H₂SO₄), 10% и концентрированный раствор гидроксида натрия (NaOH), раствор сульфита натрия (Na₂SO₃), гранулы цинка (Zn), медная стружка (Cu), дихромат аммония ((NH₄)₂Cr₂O₇), нитрит натрия (NaNO₂), сульфат марганца (MnSO₄).

Теоретическая часть:

Протекание химических реакций в целом обусловлено обменом частицами между реагирующими веществами. Часто обмен сопровождается переходом электронов от одной частицы к другой.Процесс потери электронов частицей называют окислением, а процесс приобретения электронов – восстановлением. Окисление и восстановление протекают одновременно, поэтому взаимодействия, сопровождающиеся переходом электронов от одних частиц к другим, называют окислительно-восстановительными реакциями.

Протекание окислительно-восстановительных реакций сопровождается изменением степеней окисления элементов участвующих в реакции веществ. При восстановлении степень окисления элемента уменьшается, при окислении – увеличивается. Вещество, в состав которого входит элемент, понижающий степень окисления, называют окислителем, вещество, в состав которого входит элемент, повышающий степень окисления, называют восстановителем.

Практическая часть:

1. В препараторской насыпали в пробирку небольшое количество кристаллического перманганата калия;

2. Добавили несколько капель концентрированной соляной кислоты (наблюдаем шипение и выделение газа - хлора);

2КMnO₄ + 16HCl 5Cl₂↑ + 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O

(MnO₄)^- + 8H⁺ + 5Mn²⁺ + 4H₂O

2Cl^- - 22Cl⁰

2(MnO₄)^- + 16H⁺ + 10Cl^- 2 Mn²⁺ + 8H₂O + 10Cl⁰

3. Поднесли к отверстию пробирки смоченную раствором йодида калия фильтровальную бумагу. Выделяющийся из пробирки хлор замещал йодид ион в растворе йодида калия. В результате этого мы наблюдали потемнение фильтровальной бумаги вокруг отверстия пробирки, связанное с выделение йода;

2KI + Cl₂ 2KCl + I₂↓

4. В 3 пробирки налили по 1 мл. 1Н раствора перманганата калия;

5. В первую пробирку добавили 1 мл. 10% раствор серной кислоты;

6. Во вторую пробирку 10% раствор гидроксида натрия;

7. В каждую из трёх пробирок добавили 1Н раствор сульфида натрия;

В первой пробирке (кислая среда):

2КMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5Na₂SO₃ K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O

(MnO₄)^- + 8H⁺ + 5Mn²⁺ + 4H₂O

SO₃^2- + H₂O - 2SO₄^2- + 2H⁺

2(MnO₄)^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂O 2 Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO₄^2- + 10H⁺

Наблюдаем обесцвечение раствора;

Во второй пробирке (щелочная среда):

2КMnO₄ + 2NaOH + Na₂SO₃ Na₂ MnO₄ + K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

(MnO₄)^- + 1(MnO₄)^2-

SO₃^2- + 2OH^- - 2SO₄^2- + H₂O

2(MnO₄)^- + SO₃^2- + 2OH^- 2(MnO₄)^2- + SO₄^2- + H₂O

Наблюдаем появление светло – зелёной окраски, из – за появление иона (MnO₄)^2-;

В третей пробирке (нейтральная среда):

2КMnO₄ + 3Na₂SO₃ + Н₂О 2MnO₂↓ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

(MnO₄)^- + 2H₂O +3(MnO₂)⁰ + 4OH^-

SO₃^2- + 2OH^- - 2SO₄^2- + H₂O

2(MnO₄)^- + 4H₂O + 3SO₃^2- + 6OH^- 2(MnO₂)⁰ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 3H₂O

Цвет раствора стал бурым, благодаря появлению оксида марганца (IV);

Вывод:

Перманганат – ион проявляет более высокую окислительно – восстановительную активность в кислой среде.

8. Налили в две пробирки по 1 мл. 0,01Н раствора перманганата калия и добавили несколько капель 10% раствора серной кислоты;

9. В первую пробирку добавили добавили 1Н раствор сульфита натрия, а во вторую 1Н раствор йодида калия до появления устойчивой окраски;

Первая пробирка:

2КMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5Na₂SO₃ K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O

(MnO₄)^- + 8H⁺ + 5Mn²⁺ + 4H₂O

SO₃^2- + H₂O - 2SO₄^2- + 2H⁺

2(MnO₄)^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂O 2 Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO₄^2- + 10H⁺

Раствор обесцветился;

Вторая пробирка:

2КMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10KI 5I₂↓ + 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

(MnO₄)^- + 8H⁺ + 5Mn²⁺ + 4H₂O

2I^- - 22I⁰

2(MnO₄)^- + 16H⁺ + 10I^- 2Mn²⁺ + 8H₂O + 10I⁰

Выделяющийся йод образовывал с избытком иодида калия йодную воду, вследствие чего раствор приобрёл коричневую окраску;

10. В одну пробирку положили несколько гранул цинка, а во вторую – немного медной стружки;

11. Прилили в обе пробирки 10% раствор серной кислоты;

Zn + H₂SO₄ ZnSO₄ + H₂↑ – выделяется водород;

Сu + H₂SO₄ Реакция не идёт, так как медь стоит в ряду активности металлов правее водорода и не способна вытеснить водород из кислоты;

12. Повторили опыт с концентрированной серной кислотой;

Zn + 2H₂SO₄ ZnSO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O

Zn⁰ - 2Zn²⁺

SO₄^2- + 4H⁺ + 2(SO₂)⁰ + 2H₂O

Zn⁰ + SO₄^2- + 4H⁺ Zn²⁺ + (SO₂)⁰ + 2H₂O

Cu + 2H₂SO₄ CuSO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O

Cu⁰ - 2Cu²⁺

SO₄^2- + 4H⁺ + 2(SO₂)⁰ + 2H₂O

Cu⁰ + SO₄^2- + 4H⁺ Cu²⁺ + (SO₂)⁰ + 2H₂O

В обоих случаях наблюдаем выделение оксида серы (IV);

13. В две чистых пробирки поместили немного медных стружек;

14. В первую пробирку прилили немного концентрированной азотной кислоты, а во вторую немного разбавленной азотной кислоты;

Сu + 4HNO_{3 (конц.)} Сu(NO₃)₂ + 2NO₂ ↑ + 2H₂O – выделяется бурый газ NO₂;

Cu⁰ - 2Cu²⁺

(NO₃)^- + 2H⁺ +1(NO₂)⁰ + H₂O

Cu⁰ + 2(NO₃)^- + 4H⁺ Cu²⁺ + 2(NO₂)⁰ + 2H₂O

3Сu + 8HNO_{3 (разб.)} 3Сu(NO₃)₂ +2NO ↑ + 4H₂O – выделяется бесцветный газ оксид азота (II)

Cu⁰ - 2Cu²⁺

(NO₃)^- + 4H⁺ +3(NO)⁰ + 2H₂O

3Cu⁰ + 2(NO₃)^- + 8H⁺ 3Cu²⁺ + 2(NO)⁰ + 4H₂O

Вывод:

Перманганат калия, серная и азотная кислоты проявляют сильные окислительные свойства, причём наиболее сильные окислительные свойства перманганат калия проявляет в кислой среде.