- •Методические указания и задания к домашним контрольным работам по химии
- •Содержание.
- •Введение.
- •Образец оформления титульного листа.
- •Образец оформления рабочей страницы.
- •Методические указания и задания к контрольной работе: Классы неорганических соединений.
- •1.Методы получения неорганических соединений.
- •2. Расчеты по уравнениям реакций и химическим формулам.
- •2. Оксиды.
- •3. Кислоты.
- •4. Основания.
- •5. Соли.
- •Кислота Анион
- •6. Амфолиты.
- •7. Комплексные соединения.
- •Комплексный ион (заряженный комплекс) – сложная частица, состоящая
- •8. Реакции ионного обмена.
- •9. Оформление и порядок сдачи контрольной работы.
- •2.Задания по контрольной работе «Классы неорганических соединений».
- •1. Методические указания.
- •1. Общие положения.
- •2. Термохимические расчёты.
- •В термохимических расчётах теплоты реакций, как правило, определяются для стандартных условий, для которых формула (2.1) приобретает вид:
- •3. Энергия Гиббса химической реакции.
- •4. Химическая кинетика.
- •5. Химическое равновесие.
- •6. Смещение химического равновесия.
- •2.Задания к контрольной работе «Закономерности химических процессов».
- •2.Строение электронных оболочек атомов. (Задачи №№ 0120)
- •2.1.Квантовые числа.
- •2.2. Принцип Паули. Электронная ёмкость атомной орбитали, энергетических подуровней и энергетических уровней.
- •2.3. Электронные формулы атомов.
- •2.4. Правило Хунда.
- •3. Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева. (Задачи №№ 2140)
- •3.1. Связь между строением атомов и периодической системой химических элементов.
- •3.2. Периодическое изменение окислительно-восстановительных свойств элементов.
- •4. Химическая связь.
- •4.1. Метод валентных связей (метод вс). (Задачи №№ 4180)
- •4.2. Метод молекулярных орбиталей (метод мо). (Задачи №№ 81100)
- •2.Задания к контрольной работе «Строение вещества».
- •Методические указания и задания к контрольной работе по химии: «Растворы электролитов».
- •1. Растворы и их концентрация.
- •2. Растворы электролитов.
- •3. Реакции ионного обмена.
- •4. Гидролиз солей.
- •4.1. Гидролиз солей сильных оснований и слабых кислот.
- •4.2. Гидролиз солей слабых оснований и сильных кислот.
- •4.3. Гидролиз солей сильных оснований и сильных кислот.
- •2.Задания к контрольной работе «Растворы электролитов».
- •Методические указания и задания к контрольной работе по химии : «Окислительно-восстановительные процессы».
- •Основные понятия.
- •2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.
- •2.1. Метод электронных уравнений.
- •2.2. Метод электронно-ионных уравнений.
- •3. Гальванический элемент.
- •4. Электролиз.
- •2.Задания к контрольной работе «Окислительно-восстановительные процессы».
- •Термодинамические характеристики химических соединений и простых веществ.
- •Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных пар.
- •Растворимость солей и оснований в воде.
- •Варианты и номера задач контрольных заданий
2.2. Метод электронно-ионных уравнений.
(задачи №№ 21 – 60)
Метод используется для составления уравнений реакций окисления-восстановления, протекающих в растворах. Отличительной особенностью данного метода является то, что уравнения окисления и восстановления составляются для процессов превращения частиц, реально существующих в растворе. Рассмотрим сущность метода электронно-ионных уравнений на примере конкретной реакции.
Пример 2.2.1. Составление уравнения реакции между дихроматом калия K2Cr2O7 и нитритом натрия NaNO2, протекающей в кислой среде.
Во-первых, записываем молекулярную схему реакции, в которой указываем все реагенты, а также продукты окисления и восстановления. В молекулярной схеме определяем степени окисления атомов до и после реакции и находим атомы, изменяющие степень окисления (подчёркнуты).
+1 +6 -2 +1 +3 –2 +1 +6 –2 +3 +6 –2 +1 +5 -2
K2Cr2O7+NaNO2+H2SO4Cr2(SO4)3+NaNO3+
Далее записываем ионно-молекулярную схему реакции. При этом используем те же правила, что и при записи ионно-молекулярных уравнений реакций ионного обмена, т.е. сильные электролиты записываем в виде ионов, слабые электролиты и неэлектролиты – в виде молекул.
2K++ Cr2O72-+Na++NO2-+2H++SO42-2Cr3++3SO42-+Na++NO3-+
В ионно-молекулярной схеме обозначаем частицы (атомы, молекулы, ионы), в составе которых имеются атомы, изменяющие степень окисления (подчёркнуты). Для данных частиц составляем электронно-ионные уравнения окисления и восстановления, по которым определяем стехиометрические коэффициенты окислителя и восстановителя, продуктов окисления и восстановления (обозначены слева от вертикальной черты).
При составлении электронно-ионных уравнений вначале необходимо обеспечить равенство атомов. С этой целью в рассматриваемом примере для связывания атомов кислорода, высвобождающихся в процессе восстановления, в левую часть электронно-ионного уравнения вводим ионы Н+ из расчёта 2 иона Н+ на каждый атом кислорода (в примере – 14 ионов Н+ на 7 атомов кислорода). В правой части электронно-ионного уравнения восстановления записываем эквивалентное количество молекул воды (в примере – 7 молекул Н2О). Для компенсации недостатка атомов кислорода в процессе окисления в левую часть электронно-ионного уравнения этого процесса в рассматриваемом примере вводим молекулы воды из расчёта 1 молекула Н2О на каждый недостающий атом кислорода. В правой части уравнения окисления записываем эквивалентное количество высвобождающихся ионов Н+ (в примере – 2 иона Н+).
После того, как число атомов уравнено, производим уравнивание зарядов путём введения в левую или правую часть электронно-ионных уравнений соответствующего количества электронов, по которым и определяем стехиометрические коэффициенты. В нашем случае в левой части электронно-ионного уравнения восстановления суммарный электрический заряд ионов равен: (-2)+14(+1)=+12, в правой части (2)(+3)+70=+6. Поэтому для уравнивания зарядов в левую часть уравнения необходимо ввести 6е. Для уравнивания зарядов в электронно-ионном уравнении окисления требуется ввести 2е в его правую часть, т.к. суммарный электрический заряд левой части этого уравнения равен: -1+0=-1, а правой части: -1+2(+1)=+1.
1 Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O |
- электронно-ионное уравнение восстановления окислителя (Cr2O72-+14H+). |
3 NO2-+H2O=NO3-+2H++2е |
- электронно-ионное уравнение окисления восстановителя (NO2-+H2O). |
Cr2O72-+14H++3NO2-+3H2O=2Cr3++7H2O+3NO3-+6H+ - ионно-молекулярное уравнение окисления-восстановления. |
Как видно, в результате суммирования электронно-ионных уравнений получающееся ионно-молекулярное уравнение окисления-восстановления содержит в его левой и правой частях одинаковые члены: молекулы Н2О и ионы Н+. В этом случае необходимо произвести сокращение этих членов, после чего получаем ионно- молекулярное уравнение в окончательном виде: Cr2O72-+8H++3NO2-=2Cr3++4H2O+3NO3-.
На следующем этапе производим перенос коэффициентов из ионно-молекулярного уравнения в молекулярную схему. При этом в правую часть молекулярной схемы переносим все продукты ионно-молекулярного уравнения. В рассматриваемом примере в правую часть первоначальной молекулярной схемы из ионно-молекулярного уравнения переносим 4Н2О. В результате получаем новую молекулярную схему реакции: К2Cr2O7+3NaNO2+4H2SO4Cr2(SO4)3+3NaNO3+4Н2О+
Наконец, на завершающем этапе производим проверку количества ионов, которые не использовались при составлении электронно-ионных уравнений. В нашем случае – это ионы K+, Na+, SO42-. Из вышезаписанной молекулярной схемы видно, что в правой части уравнения реакции недостаёт двух ионов К+ и одного иона SO42-. В молекулярном виде данная комбинация ионов представляет из себя соль – сульфат калия K2SO4. Это последний недостающий продукт реакции, после определения которого записывается её уравнение в окончательном виде: К2Cr2O7+3NaNO2+4H2SO4=Cr2(SO4)3+3NaNO3+4Н2О+K2SO4.
Наиболее ответственным этапом в методе электронно-ионных уравнений является составление этих уравнений. В дополнение к рассмотренному сформулируем общие правила составления электронно-ионных уравнений для реакций, протекающих в различных средах.
Для связывания атомов кислорода, высвобождающихся при восстановлении в кислой среде, как уже указывалось, используются ионы Н+. В нейтральной и щелочной средах для связывания атомов кислорода в левую часть уравнения вводятся молекулы воды из расчёта 1 молекула Н2О на каждый высвобождающийся атом кислорода; в правой части уравнения записывается эквивалентное количество гидроксид-ионов – 2ОН-
Пример 2.2.2. Составление электронно-ионных уравнений превращения Mn2O3Mn2+ в кислой, нейтральной и щелочной средах.
Согласно схеме превращения в рассматриваемом процессе происходит высвобождение 3-х атомов кислорода, для связывания которых в кислой среде необходимо использовать 6 ионов Н+, в нейтральной и щелочной средах – 3 молекулы Н2О. В соответствии с этим электронно-ионные уравнения рассматриваемого превращения записываются:
в кислой среде: Mn2O3+6Н++2е=2Mn2++3Н2О;
в нейтральной и щелочной средах: Mn2O3+3Н2О=2Mn2++6ОН-+2е.
Из записанных уравнений следует, что рассматриваемые превращения являются процессами восстановления окислителей: в кислой среде окислитель – (Mn2O3+6Н+), в нейтральной и щелочной средах – (Mn2O3+3Н2О).
При составлении электронно-ионных уравнений окисления в кислой и нейтральной средах для компенсации недостающих атомов кислорода в левую часть уравнения вводят воду из расчёта 1 молекула Н2О на каждый недостающий атом кислорода. При этом в качестве продуктов окисления образуются 2 иона Н+. Если процесс окисления протекает в щелочной среде, для компенсации недостающих атомов кислорода используют гидроксид-ионы из расчёта 2 иона ОН- на каждый недостающий атом кислорода. В качестве продукта окисления в данном случае образуется молекула Н2О.
Пример 2.2.3. Составление электронно-ионных уравнений превращения Mn2+ Mn2O3 в кислой, нейтральной и щелочной средах.
В соответствии с вышеотмеченным для компенсации недостающих 3-х атомов кислорода в левую часть электронно-ионного уравнения рассматриваемого превращения частиц в кислой и нейтральной средах вводим 3 молекулы Н2О. Результатом этого является образование 6 ионов Н+. Для компенсации недостающих атомов кислорода в щелочной среде необходимо ввести в левую часть электронно-ионного уравнения 6 ионов ОН-, в результате чего в качестве продуктов реакции образуются 3 молекулы Н2О. Согласно сказанному записываем электронно-ионные уравнения для каждой из 3-х сред:
в кислой и нейтральной средах: 2Mn2++3Н2О= Mn2O3 +6Н++2е – уравнение окисления восстановителя (2Mn2++3Н2О);
в щелочной среде: 2Mn2++6ОН-= Mn2O3 +3Н2О+2е – уравнение окисления восстановителя (2Mn2++6ОН-).