Лабораторная работа №9 Окислительно-восстановительные свойства веществ

Окислительно-восстановительные реакции – это такие реакции, в результате которых изменяются степени окисления элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ.

Окисление – это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся повышением степени окисления элемента. Вещество, которое отдает электроны и при этом окисляется, называется восстановителем.

Восстановление – это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся понижением степени окисления элемента. Вещество, которое присоединяет электроны и при этом восстанавливается, называется окислителем.

Процессы окисления и восстановления взаимосвязаны и всегда происходят одновременно. Количество электронов, отдаваемых восстановителем, равно количеству электронов, получаемых окислителем.

Окислительно-восстановительные реакции бывают межмолекулярные (окислитель и восстановитель – разные вещества), внутримолекулярные (окислитель и восстановитель – атомы одной и той же молекулы) и реакции диспропорционирования (окислитель и восстановитель – атомы одного и того же элемента).

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций используются два метода – электронного баланса и ионно-электронного баланса. Окислительно-восстановительные реакции в водных растворах целесообразно отображать ионно-электронными уравнениями, так как обмен электронами осуществляется преимущественно при участии ионов.

Для данной лабораторной работы вам потребуются следующие реактивы:

1. Пероксид водорода Н₂О₂;

2. Серная кислота Н₂SO₄;

3. Сульфат марганца MnSO₄;

4. Сульфат железа FeSO₄;

5. Йодид калия KI;

6. Бихромат калия K₂Cr₂O₇;

7. Перманганат калия КMnO₄.

Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы:

1. Что такое степень окисления элемента?

2. Чему равна степень окисления элемента в простом веществе?

3. Какие элементы имеют только одну степень окисления?

4. Какие элементы могут иметь несколько разных степеней окисления?

5. Какой элемент имеет наибольшее число возможных степеней окисления?

6. Какие элементы могут проявлять только положительные степени окисления?

7. Как связаны степени окисления элементов с номером группы, в которой элемент находится?

8. Всегда ли совпадают степень окисления и валентность элемента?

9. Как можно определить степени окисления элементов в составе химического соединения?

10. Чему равна сумма степеней окисления элементов в нейтральной молекуле?

Опыт №1. Окисление пероксида водорода перманганатом калия

В кислой среде перманганат-ион восстанавливается до иона Mn²⁺, а пероксид водорода окисляется с выделением газообразного кислорода.

Методика опыта. В пробирку наливаем 2-3 мл раствора перманганата калия КMnO₄, 1-2 мл раствора серной кислоты Н₂SO₄ и добавляем небольшое количество раствора пероксида водорода Н₂О₂. Происходит обесцвечивание раствора и выделение газообразного вещества.

KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ = MnSO₄ + K₂SO₄ + O₂↑ + H₂O

Для данного уравнения составьте ионно-электронный баланс и с помощью него расставьте коэффициенты в уравнении.

Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах участвующих в реакции веществ.

Опыт №2. Окисление йодида калия пероксидом водорода

В кислой среде пероксид водорода восстанавливается до воды, а йодид-ион окисляется до молекулярного йода.

Методика опыта. В пробирку наливаем 2-3 мл раствора пероксида водорода Н₂О₂, 1-2 мл раствора серной кислоты Н₂SO₄ и добавляем небольшое количество раствора йодида калия KI. Раствор окрашивается в бурый цвет.

H₂O₂ + KI + H₂SO₄ = I₂ + K₂SO₄ + H₂O

Для данного уравнения составьте ионно-электронный баланс и с помощью него расставьте коэффициенты в уравнении.

Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах участвующих в реакции веществ.

Опыт №3. Окисление сульфата железа (II) бихроматом калия

В кислой среде бихромат-ион восстанавливается до иона Cr³⁺, а ион Fe²⁺ окисляется до иона Fe³⁺.

Методика опыта. В пробирку наливаем 2-3 мл раствора бихромата калия K₂Cr₂O₇, 1-2 мл мл раствора серной кислоты Н₂SO₄ и добавляем небольшое количество раствора сульфата железа FeSO₄. Окраска раствора изменяется с оранжевой на зеленую.

K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + Н₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Для данного уравнения составьте ионно-электронный баланс и с помощью него расставьте коэффициенты в уравнении.

Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах участвующих в реакции веществ.

Опыт №4. Окисление сульфата марганца перманганатом калия

При взаимодействии перманганат-иона и иона Mn²⁺ в нейтральной среде происходит реакция диспропорционирования, в которой перманганат-ион восстанавливается, а ион Mn²⁺ окисляется до оксида марганца MnO₂.

Методика опыта. В пробирку наливаем 2-3 мл раствора перманганата калия КMnO₄ и добавляем такое же количество раствора сульфата марганца MnSO₄. Характерная фиолетовая окраска перманганата калия исчезает и выпадает осадок оксида марганца бурого цвета.

КMnO₄ + MnSO₄ + H₂O = MnO₂↓ + K₂SO₄ + H₂SO₄

Для данного уравнения составьте ионно-электронный баланс и с помощью него расставьте коэффициенты в уравнении.

Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах участвующих в реакции веществ.

Вопросы для защиты лабораторной работы:

1. Какие вещества называются окислителями, а какие – восстановителями?

2. Какие элементы периодической системы и химические соединения обладают наиболее выраженными окислительными и восстановительными свойствами?

3. Как изменяются окислительно-восстановительные свойства элементов в периодах и группах периодической системы?

4. В каких группах периодической системы расположены элементы с ярко выраженными восстановительными свойствами?

5. В каких группах периодической системы расположены элементы с ярко выраженными окислительными свойствами?

6. Атом какого элемента в периодической системе является самым сильным восстановителем, а какого – самым сильным окислителем?

7. Почему элементы в низшей степени окисления проявляют только восстановительные свойства, в промежуточной – и окислительные и восстановительные, а в высшей степени окисления – только окислительные свойства?

8. Почему все металлы проявляют только восстановительные свойства, а многие неметаллы могут быть и окислителями и восстановителями?

9. Почему процессы окисления и восстановления взаимосвязаны и взаимно обусловлены?

10. Чем отличаются окислительно-восстановительные реакции от ионообменных химических реакций?

11. Что происходит с восстановителем в процессе окисления и с окислителем в процессе восстановления?

12. Как изменяются степени окисления окислителя и восстановителя в окислительно-восстановительных реакциях?

13. Как классифицируются окислительно-восстановительные реакции?

14. Как можно расставить коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной реакции с помощью метода ионно-электронного баланса?

Рекомендуемая литература:

1. Н.Л. Глинка. «Общая химия». Главы «Окислительно-восстановительные реакции», «Важнейшие окислители и восстановители», «Окислительно-восстановительная двойственность. Внутримолекулярное окисление-восстановление».

2. Е.М. Рыбалкин, О.Ю. Ковалик. «Химия. Учебное наглядное пособие». Главы «Степень окисления», «Окислительно-восстановительные реакции».

3. Р.М. Белкина, С.В. Зенцова. «Окислительно-восстановительные реакции. Методические указания». Глава «Уравнивание окислительно-восстановительных реакций».