Винокурова_химические_системы_2011

101

Не вошедшая в состав адсорбционного слоя часть противоионов (т.н.

свободные противоионы) образует диффузный слой – ионную атмосфе-

ру мицеллы.

В рассматриваемом случае диффузный слой – 3х Cl–.

Гранула вместе с диффузным слоем образует мицеллу, являющуюся структурной единицей коллоидного раствора.

В рассматриваемом случае формула мицеллы имеет вид:

коллоидная частица (гранула)

мицелла

2) Охарактеризовать процессы коагуляции и седиментации. Среди ионов, входящих в состав солей, приведенных в столбце 3 таблицы 4, выбрать ион, оказывающий наибольшее коагулирующее воздействие на рассматриваемый золь.

Решение. Коллоидные растворы являются термодинамически неустойчивыми системами, поскольку обладают громадной поверхностью раздела фаз и, следовательно, большой поверхностной энергией.

Агрегативная устойчивость коллоидных систем обусловлена наличием у коллоидных частиц одноименного электрического заряда, препятствующего их слипанию, укрупнению. Повышению устойчивости системы способствует также наличие у коллоидных частиц гидратной оболочки.

Следовательно, устойчивость золя можно нарушить, устранив одноименный заряд коллоидных частиц и защитную гидратную оболочку.

102

Теряя заряд, коллоидные частицы начинают слипаться, укрупняться. Этот процесс называется коагуляцией. Масса частиц увеличивается, и происходит образование осадка (процесс седиментации).

Один из основных методов коагуляции – электролитная коагуляция, заключающаяся во введении в коллоидную систему электролита, имеющего противоионы по отношению к заряженным коллоидным частицам. Коагулирующее действие электролита тем больше, чем выше заряд коагулирующего иона (иона, заряд которого противоположен по знаку заряду гранулы).

В рассматриваемом случае коллоидные частицы имеют положительный заряд, поэтому коагулирующее действие на золь будут оказывать анионы электролита.

Из предложенных солей (AlCl3, ZnSO4, Na3PO4) наибольшее коагулирующее действие будет оказывать фосфат натрия, содержащий анион с самым высоким зарядом – РО43–.

Задания для самостоятельного выполнения

1)Закончить уравнение реакции, левая часть которого приведена в столбце 2 таблицы 5.

Записать формулу мицеллы золя, полученного при протекании этой реакции.

Указать ядро, адсорбционный слой, потенциалопределяющий ион, противоионы, диффузный слой, гранулу.

Определить заряд коллоидной частицы.

2)Охарактеризовать процессы коагуляции и седиментации.

Среди ионов, входящих в состав солей, приведенных в столбце 3

таблицы 5, выбрать ион, оказывающий наибольшее коагулирующее воздействие на рассматриваемый золь.

Таблица 5

Варианты заданий по теме «Коллоидные растворы»

103

104

105

ЗАДАНИЕ 8

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Цель и задачи

Изучив тему, Вы должны уметь:

1)рассчитывать степени окисления элементов;

2)определять тип процесса (окисление или восстановление), указывать окислитель и восстановитель;

3)расставлять коэффициенты в уравнениях окислительно-восста- новительных реакций;

4)определять направление протекания окислительно-восстанови- тельных реакций с использованием ряда стандартных окислительновосстановительных потенциалов.

Знание этой темы необходимо при изучении электрохимии, коррозионных процессов и методов защиты от коррозии, специальных дисциплин, связанных с технологией получения и применением материалов и покрытий.

Литература:

1.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2003. – Гл. 9, § 9.1.

2.Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1985. – Гл. 2, §§ 7, 8.

3.Харин А.Н. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1983. – Гл. 7, §§ 1-4.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 2005. – Гл. 9.

План изучения темы

1.Используя указанную литературу, ознакомиться со следующими вопросами и составить краткий конспект:

окислительно-восстановительные реакции; понятие степени окисления элементов, типичные окислители и восстановители; типы окислительно-восстановительных реакций; методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций; направление протекания окислительно-восстановительных реакций.

106

2.Разобрать приведенный ниже пример решения нулевого варианта.

3.Выполнить задание согласно номеру своего варианта.

Решение нулевого варианта

Используя метод электронного баланса, закончите составление окислительно-восстановительной реакции, протекающей по схеме:

Н2О2 + KMnO4 + H2SO4  О2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Укажите окислитель и восстановитель, характер процесса (окисление или восстановление), тип реакции. На основании данных о величинах стандартных окислительно-восстановительных потенциалов сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции.

Решение. При использовании метода электронного баланса необходимо учитывать, что сумма электронов, отдаваемых всеми восстановителями, равна сумме электронов, принимаемых всеми окислителями; число атомов любого из элементов в левой и правой частях уравнения одинаково.

Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции проводим в такой последовательности:

1)Определяем степени окисления элементов в исходных веществах

ипродуктах реакции:

В ходе реакции степень окисления изменяется у марганца и кислорода: у марганца она понижается с +7 до +2 (марганец восстанавливает-

ся), у кислорода – повышается с -1 до 0 (кислород окисляется). Mn+7 – окислитель;

О– – восстановитель

2)Записываем схемы процессов окисления и восстановления:

Чтобы уравнять число электронов, отданных кислородом и принятых марганцем, умножаем первую схему на 2, а вторую – на 5. Ставим соответствующие коэффициенты перед восстановителем и окислителем

вуравнении реакции.

3)Определяем коэффициенты в уравнении реакции, исходя из баланса атомов в левой и правой частях уравнения.

Число атомов калия в левой части 2, поэтому коэффициент перед сульфатом калия 1. Число атомов серы в правой части уравнения 3,

107

поэтому для баланса по сере перед серной кислотой ставим коэффициент 3. Число атомов водорода в левой части уравнения 16, поэтому перед водой ставим коэффициент 8:

5Н2О2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5О2 +2MnSO4 + K2SO4 +8H2O.

Проверку правильности подбора коэффициентов проводим по кислороду. Число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения равно 30.

В рассматриваемой реакции окислитель и восстановитель представляют собой различные вещества, поэтому эта реакция относится к типу реакций межмолекулярного окисления-восстановления.

Для того чтобы сделать вывод о возможности самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции, необходимо, воспользовавшись таблицей стандартных окислительно-восстано- вительных потенциалов, рассчитать ЭДС реакции (є) как разность потенциалов окислительно-восстановительных систем, участвующих в реакции:

ε = Еокислителя – Евосстановителя.

Реакция будет протекать в направлении, в котором ЭДС положительна (т.е. для протекания реакции слева направо необходимо, чтобы потенциал окислителя был больше потенциала восстановителя).

Из таблицы (приложение 3) находим:

Е0(MnO4–/Mn2+) = +1,52В; Е0(О2/Н2О2) = +0,68В.

ЭДС реакции ε = 1,52 – 0,68 = 0,84 В.

Так как потенциал окислителя больше потенциала восстановителя, реакция может протекать слева направо самопроизвольно.

Задания для самостоятельного выполнения

1)Используя метод электронного баланса, закончите составление окислительно-восстановительной реакции, протекающей по схеме, приведенной в таблице 6.

2)Укажите окислитель и восстановитель, характер процесса (окисление или восстановление), тип окислительно-восстановительной реакции.

3)На основании данных о величинах стандартных окислительновосстановительных потенциалов (приложение 4) сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания процесса.

Варианты заданий по теме «Окислительно-восстановительные реакций» для самостоятельного выполнения приведены в таблице 6.

110

ЗАДАНИЕ 9

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Литература:

1.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2000. – 560 с.

2.Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1985. – 406 с.

3.Харин А.Н. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1983. – 512 с.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1986. – 703 с.

План изучения темы

1.Используя указанную литературу, ознакомиться со следующими вопросами и составить краткий конспект по каждому из них:

понятие электродного потенциала, стандартный электродный потенциал, ряд стандартных потенциалов и его свойства, зависимость электродного потенциала от концентрации, гальванические элементы: электрохимическая схема, электронные уравнения электродных процессов, расчет ЭДС.

2.Разобрать приведенный ниже пример решения нулевого варианта.

3.Выполнить задание согласно номеру своего варианта.

Решение нулевого варианта

Составьте электрохимическую схему гальванического элемента из меди и магния, погруженных в 0,01 молярные растворы сульфатов меди и магния соответственно, указав анод и катод.

Напишите электронные уравнения электродных процессов (на аноде и катоде), приведите уравнение процесса, протекающего при работе медно-магниевого гальванического элемента в ионном и молекулярном виде.

Укажите на схеме стрелками направление движения электронов и электрического тока. Рассчитайте ЭДС. Предложите способ повышения ЭДС этого элемента.

Решение. Из таблицы стандартных электродных потенциалов (приложение 3):

E0Cu2 / Cu 0,34 B и E0Mg2 / Mg 2,38 B .

Магниевый электрод (с более отрицательным потенциалом) будет служить анодом (отрицательным электродом), медный электрод – катодом (положительным электродом).