6

Контрольная работа №5: Окислительно-восстановительные процессы.

Контрольная работа по химии №5: Окислительно-восстановительные процессы.

(методические указания)

1. Основные понятия.

Окислительно- восстановительный процесс представляет собой совокупность процессов окисления и восстановления, протекающих одновременно. Окисление – это процесс отдачи электронов, восстановление – процессих присоединения.Степень окисления атомов, отдающих электроны, повышается, а при присоединении электронов степень окисления атомов, наоборот, понижается. Таким образом,отличительным признаком окислительно-восстановительных процессов является изменение степени окисления атомов окисляющегося и восстанавливающегося элемента.

Частицы вещества(атомы, молекулы, ионы), отдающие электроны, называются восстановителями, а частицы, присоединяющие электроны – окислителями. Окислитель, присоединяя электроны, превращается в соответствующий воосстановитель и наоборот, в результате отдачи электронов восстановителем образуется соответствующий окислитель, т.е. соответствующиеокислитель и восстановитель образуют единую окислительно- восстановительнуюпару ОК/ВС,где ОК – окислитель, ВС – соответствующий восстановитель. Взаимные превращения окислителя ОК в соответствующий восстановитель ВС, а также восстановителя ВС в соответствующий окислитель ОК можно выразить схемой: ОК+neВС, гдеn– количество электронов е. Например, для окислительно- восстановительной парыZn²⁺|Znвзаимные превращения окислителя и восстановителя выражаются уравнением:Zn²⁺+2eZn; для пары (MnO₄^-+8H⁺)/(Mn²⁺+4H₂O) уравнение взаимного превращения имеет вид:MnO₄^-+8H⁺+5еMn²⁺+4H₂O.

Сущность окислительно-восстановительного процесса заключается в передаче электронов восстановителемокислителю.Окислительно-восстановительный процесс можно осуществить двумя способами: в форме окислительно-восстановительной реакции при непосредственном контакте окислителя с восстановителем и в форме электрохимического процесса с пространственно разделёнными процессами окисления и восстановления, протекающими на электродах.

Электрод представляет собой систему, включающую проводник электронов и окислительно-восстановительную пару.Поэтому для обозначения электрода достаточно указать окислительно- восстановительную пару ОК/ВС, например,Zn²⁺|Zn, (MnO₄^-+8H⁺)/(Mn²⁺+4H₂O). В любом электроде могут протекать 2 процесса: восстановление окислителя ОК+ne=ВС и окисление восстановителя ВС=ОК+ne.Электрод называется анодом, еслив нём протекает процесс окисления, и катодом, если в нём реализуется восстановительный процесс.Характер электродного процесса зависит от относительной активности окислителя и восстановителя пары, которая количественно характеризуется величиной стандартного электродного потенциала Е^о:чем больше значение Е^о, тем выше активность окислителя и тем ниже активность соответствующего восстановителя.

Пример 1.1.Активность окислителей и восстановителей окислительно-восстановительных пар Zn²⁺/Zn и (MnO₄^-+8H⁺)/(Mn²⁺+4H₂O).

Из таблицы стандартных электродных потенциалов выписываем их значения для рассматриваемых пар: Е^о(Zn²⁺/Zn)=-0,76В; Е^о((MnO₄^-+8H⁺)/(Mn²⁺+4H₂O))= 1.51В. Сопоставляя значения Е^о, приходим к выводу, что в рассматриваемых окислительно-восстановительных парах наиболее сильным окислителем являетсяMnO₄^-+8H⁺, а наиболее активным восстановителем –Zn.

В окислительно-восстановительном процессе восстановитель, отдавая электроны, превращается в соответствующий окислитель, а окислитель вследствие присоединения электронов образует соответствуюший восстановитель. Естественно, что образующиеся новый окислитель и новый восстановитель способны вступать друг с другом в окислительно-восстановительное взаимодействие. Поэтому любой окислительно-восстановительный процесс обратими может быть выражен следующей схемой:ВС_I+ОК_IIОК_I+ВС_II,где индексы ”I” и “II” относятся к первой и второй окислительно-восстановительным парам.

Как и в любом обратимом процессе, возможность самопроизвольного взаимодействия в окислительно-восстановительном процессе определяется условием G<0. Для окислительно-восстановительных процессов имеет место соотношение:

G=-nFE (1.1)

где n– число электронов,F96500Кл – число Фарадея, Е – разность электродных потенциалов окислителя Е_ОКи восстановителя Е_ВС. Из формулы (1.1) вытекает, что условием самопроизвольного протекания окислительно-восстановительного процесса является:

Е>0 или Е_ОК>Е_ВС (1.2)

Пример 1.2.Определение возможности самопроизвольного протекания окислительно- восстановительного процесса Zn+Sn²⁺=Zn²⁺+Sn.

В рассматриваемом процессе Zn – восстановитель, ионыSn²⁺ - окислитель.

Из таблицы стандартных электродных потенциалов выписываем их значения для окислительно- восстановительных пар, включающих данные окислитель и восстановитель: Е^о(Zn²⁺/Zn)=-0,76В, Е^о(Sn²⁺/Sn)=-0,14В. Находим стандартную разность потенциалов: Е^о=Е^о_ОК - Е^о_ВС= Е^о(Sn²⁺/Sn)-Е^о(Zn²⁺/Zn)=-0,14-(-0,76)=0,62В>0, что удовлетворяет условию (1.2). Следовательно, рассматриваемый окислительно-восстановительный процесс может протекать самопроизвольно.