- •Конспект лекций по дисциплине «химия»
- •Иркутск 2012 содержание
- •Введение
- •1. Основные понятия и законы химии Основные понятия
- •Основные законы
- •2. Классы неорганических соединений
- •3 Строение атома
- •Квантовые числа
- •Принципы распределения электронов в атоме
- •4. Периодический закон и периодическая система
- •Периодические свойства элементов
- •5. Энергетика химических процессов
- •Внутренняя энергия
- •Первое начало термодинамики. Энтальпия
- •Второе начало термодинамики. Энтропия
- •Энергия Гиббса
- •6. Скорость химической реакции
- •1. Природа реагирующих веществ.
- •2. Концентрация.
- •3. Температура.
- •4. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ.
- •5. Катализаторы.
- •7. Химическое равновесие
- •Факторы, влияющие на смещение равновесия
- •1. Давление (характерно для газов).
- •2. Температура.
- •3. Концентрация.
- •4. Катализаторы.
- •8. Растворы
- •Энергетика процесса растворения
- •Растворимость
- •1. Природа растворяемого вещества.
- •2. Природа растворителя
- •3. Температура
- •4. Давление
- •9. Способы выражения концентрации растворов
- •10. Разбавленные растворы неэлектролитов
- •Давление пара растворов. Закон Рауля
- •Замерзание и кипение растворов
- •12. Растворы электролитов
- •Степень диссоциации
- •Слабые электролиты. Константа диссоциации
- •Кислоты, основания, соли с точки зрения теории электролитической диссоциации
- •Реакции обмена в растворах электролитов
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •12. Гидролиз солей
- •13. Окислительно-восстановительные реакции
- •Важнейшие окислители и восстановители
- •Составление уравнений овр
- •Типы овр
- •14. Электродные потенциалы
- •Ряд напряжений металлов
- •Гальванические элементы
- •15. Коррозия металлов
- •Защита металлов от коррозии
- •16. Электролиз
- •Электролиз раствора CuCl2 с инертным анодом
- •Электролиз раствора NiSo4 с никелевым анодом
- •Законы электролиза
- •Библиографический список
Составление уравнений овр
При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций рекомендуется придерживаться следующего порядка:
1. Написать формулы исходных веществ. Определить степень окисления элементов, которые могут ее изменить, найти окислитель и восстановитель. Написать продукты реакции.
2. Составить уравнения процессов окисления и восстановления. Подобрать множители (основные коэффициенты) так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении.
3. Расставить коэффициенты в уравнении реакции.
0
K2Cr2+6O7 + 3H2S-2 + 4H2SO4 = Cr2+3(SO4)3 + 3S0 + K2SO4 + 7H2O
окислитель восстановитель среда
о кисление S-2 – 2ē → S0 ½3
восстановление 2Cr+6 + 6ē → 2Cr+3 ½1
Характер многих окислительно-восстановительных реакций зависит от среды, в которой они протекают. Для создания кислой среды чаще всего используют разбавленную серную кислоту, для создания щелочной - растворы гидроксидов натрия или калия.
2NaCr+3O2 + 3Br20 + 8NaOH = 2Na2Cr+6O4 + 6NaBr−1 + 4H2O
восстановитель окислитель среда
окисление Cr+3 – 3ē → Cr+6 ½2
восстановление Br20 + 2ē → 2Br−1 ½3
Типы овр
Различают три типа окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции - это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах. Рассмотренная выше реакция относится к этому типу. К внутримолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе.
2KCl+5O3-2 = 2KCl-1 + 3O20
восстановление Сl+5 + 6ē → Cl- ½2 Cl+5 - окислитель
окисление 2O-2 - 4ē → O20 ½3 O-2 - восстановитель
В реакциях диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления) молекулы одного и того же вещества реагируют друг с другом как окислитель и как восстановитель.
3K2Mn+6O4 + 2H2O = 2KMn+7O4 + Mn+4O2 + 4KOH
окисление Mn+6 - ē → Mn+7 ½ 2 Mn+6 - восстановитель
восстановление Mn+6 + 2ē → Mn+4 ½ 1 Mn+6 - окислитель
14. Электродные потенциалы
В узлах кристаллической решетки металлов расположены положительно заряженные ионы, между которыми перемещаются валентные электроны. Эти электроны не имеют связи с отдельными ионами, а являются общими, принадлежащими всем ионам металла.
Если погрузить металл в воду или раствор его соли, то часть ионов металла, находящихся на поверхности, взаимодействует с полярными молекулами воды и переходит в раствор в виде гидратированных ионов. Вследствие этого раствор вблизи поверхности металла заряжается положительно, а в самом металле создается избыток электронов, придающих металлу отрицательный заряд.
Таким образом, на границе металл – раствор образуется двойной электрический слой и возникает определенный скачок потенциала. Разность потенциалов, которая возникает на границе металл – раствор, называется электродным потенциалом металла. Абсолютное значение электродного потенциала измерить невозможно. Поэтому электродные потенциалы определяют относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят за ноль.
Устройство водородного электрода таково: платиновый электрод, покрытый мелкодисперсной платиной (платиновой чернью), погруженный в раствор серной кислоты с концентрацией ионов водорода 1 моль/л, обдувается струей газообразного водорода под давлением 101 кПа при температуре T = 298 K. Платиновый электрод, покрытый рыхлой платиной, адсорбирует атомарный водород. При насыщении платины водородом устанавливается равновесие:
Н2 2Н. Когда такой электрод находится в растворе, содержащем ионы водорода Н+, то устанавливается следующее равновесие: Н Н+ + ē. Суммарный процесс, происходящий на электроде, можно выразить уравнением:
Pt, Н2 2Н 2Н+ + 2ē
Электродный потенциал пары Pt, Н2 | 2Н+ условно принят за ноль и по отношению к нему измерены электродные потенциалы многих металлов.
Электродный потенциал, измеренный при стандартных условиях (т.е. при температуре 250С и концентрациях веществ, участвующих в электродном процессе, равных 1 моль/л) по отношению к стандартному водородному электроду, называется стандартным электродным потенциалом. Обозначается j0, измеряется в вольтах (В). Если условия отличаются от стандартных, то электродный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста:
j = j0 + lgC
где jo - стандартный электродный потенциал, n – число электронов, участвующих в электродной реакции; C – концентрация ионов металла в растворе (моль/л).