Лабораторная работа № 6 Окислительно-восстановительные реакции

Цель работы

Изучение окислительно-восстановительных свойств веществ.

Оборудование и реактивы

рН-метр, мерные стаканы 25 мл, пипетки на 1 мл, пробирки, пробиркодержатель, спиртовка, спички, стеклянные палочки, штатив, фильтровальная бумага.

Бромид калия KBr (к), иодид калия KI (к), дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ (к), сульфит натрия Na₂SO₃ (к), цинк (гранулы), дистиллированная вода; растворы: азотная кислота HNO₃ (1 М и конц.), соляная кислота HCl (конц.), серная кислота H₂­SO₄ (2 М и конц.), гидроксид калия KOH (конц.), гидроксид натрия NaOH (0,1 М), аммиак NH₃ (2 М), нитрат серебра AgNO₃ (0,1 М), сульфат меди CuSO₄ (0,1 М), пероксид водорода H₂O₂ (0,1 М), дихромат калия K₂Cr₂O₇ (0,05 М), иодид калия KI (0,1 М), перманганат калия KMnO₄ (0,05 М), сульфит натрия Na₂SO₃ (0,1 М), хлорид железа (III) FeCl₃ (1 М), глюкоза С₆Н₁₂О₆ (10%).

Экспериментальная часть⁴

Опыт 1. Окислительные свойства перманганата калия

В три пробирки с разб. раствором КМnО₄ (1–2 мл) отдельно прилейте по 3–4 капли соответственно разб. H₂SO₄, воду, конц. раствор КОН. Отметьте окраску растворов.

Затем в каждую из пробирок прилейте по 1 мл раствора Na₂SO₃. Рассчитайте э.д.с. реакций и поясните окислительную способность КМnО₄ в разных средах.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Изучение влияния рН на взаимодействие КМnО₄ с Na₂SO₃

Возьмите 6 стаканчиков емкостью 25 мл и в каждый стакан пипеткой внесите 5 мл 0,01 М раствора КМnО₄.

Добавьте: в первый стакан – 4 капли конц. серной кислоты, доведите объем до 25 мл и измерьте рН полученного раствора с помощью рН-метра;

во второй стакан – 5 мл 0,1 М серной кислоты (внесите пипеткой), доведите объем до 25 мл, перемешайте и измерьте рН;

в третий стакан – 0,5 мл 0,1 М серной кислоты (внесите пипеткой), доведите объем до 25 мл, перемешайте и измерьте рН;

в четвертый стакан – воды до 25 мл, измерьте рН;

в пятый стакан – 8 капель 0,1 М КОН и воды до 25 мл, измерьте рН;

в пятый стакан – 5 мл 6 М КОН и воды до 25 мл, измерьте рН.

В каждый стакан внесите шпателем по несколько кристаллов сульфита натрия Na₂SO₃ и наблюдайте за изменениями. Результаты наблюдений (прозрачность, цвет раствора, наличие осадка и его цвет и т.д.) внесите в таблицу. Через 5–10 мин. отметьте еще изменения, которые будут происходить и также внесите в таблицу.

№ стакана	рН	Наблюдения
		первоначальные	через 5–10 мин.
1
2
3
4
5
6

Опыт 3. Окислительные свойства дихромата калия

К 1 мл раствора К₂Сr₂О₇ добавьте 1 мл разб. H₂SO₄ и 1 мл раствора Na₂SO₃.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Восстановительные свойства галогенидов

Сравните восстановительную способность ионов Вr^– и I^– по значениям стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.

________________________________________________________________________________

В две пробирки (тяга!) поместите по несколько кристаллов КВr и KI, добавьте несколько капель конц. H₂SO₄. Наблюдайте изменения окраски растворов и запах выделяющихся газов (сернистого газа и сероводорода).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Окислительные свойства ионов железа (III)

К 1–2 мл раствора KI, подкисленного разб. H₂SO₄ добавьте 3–4 капли раствора FeCl₃.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Окислительные свойства азотной кислоты

6.1. В пробирку внесите гранулу цинка и налейте 1–2 мл разб. HNO₃. В течение нескольких минут взбалтывайте содержимое пробирки, затем слейте жидкость в другую пробирку и докажите наличие ионов аммония NH₄⁺ раствором щелочи при нагревании.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

6.2. Приготовьте «царскую водку» (тяга!), для этого налейте в пробирку 3–4 капли конц. HNO₃ и добавьте тройной объем конц. HCl. Смесь слегка нагрейте. К отверстию пробирки поднесите полоску фильтровальной бумаги, смоченной раствором KI.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 7. Восстановительные свойства пероксида водорода

К 1–2 мл раствора H₂O₂, подкисленного разб. H₂SO₄ прилейте 1 мл раствора KMnO₄. Объясните образования газа ______ и изменение окраски раствора.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 8. Реакция диспропорционирования

В две пробирки поместите около 0,5 г Na₂SO₃. Одну пробирку оставьте в качестве контрольной, а вторую закрепите наклонно в штативе и нагревайте 5–6 мин. Когда пробирка остынет, содержимое обеих пробирок растворите в воде и добавьте к каждому раствору по 2–3 капли раствора СuSO₄. Объясните образование черного осадка CuS. Какое еще вещество, кроме сульфида натрия, образовалось при разложении Na₂SO₃ и как его обнаружить?

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 9. Восстановление соединений серебра (I). Качественная реакция на ионы Ag⁺ (реакция серебряного зеркала)

В тщательно обезжиренную пробирку (для этого налейте половину пробирки раствора NaOH и прокипятите) внесите 4–5 капель раствора AgNO₃ и добавляйте по каплям 2 М раствор NH₃, встряхивая пробирку после каждой капли, пока выпавший осадок Ag₂O не раствориться (следует избегать избытка NH₃) – образуется [Ag(NH₃)₂]OH. Затем к раствору прилейте 10%-ный раствор глюкозы в объеме, равном содержимому пробирки. Смесь перемешайте. Пробирку опустите в стакан с водой, нагретой до кипения.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 10. Термическое разложение дихромата (VI) аммония

В сухую пробирку (тяга!) насыпьте немного кристаллов (NH₄)₂Cr₂O₇. Пробирку закрепите на штативе наклонно. Нагрейте осторожно верхний слой соли до начала реакции и затем прекратите нагревание. Объясните «вулканообразное» протекание реакции.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Определить окислитель и восстановитель, расставить коэффициенты методом электронного баланса:

а) С + О₂ → СО₂

б) Fe + O₂ → FeO

в) FeO + CO → Fe + CO₂

г) Fe₂O₃ + C → FeO + CO₂

2. (см. задание № 1):

а) NaNO₃→ NaNO₂ + O₂

б) AgNO₃→ Ag + NO₂ + O₂

в) KMnO₄→ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

3. (см. задание № 1):

а) HNO₃ → NO₂ + H₂O + O₂

б) H₃PO₃ → PH₃ + H₃PO₄

в) NH₄NO₂ → N₂+ H₂O

4. (см. задание № 1):

а) Cu + H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

б) HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂ + H₂O

в) HNO₃ + HCl → NOCl + Cl₂ + H₂O

5. (см. задание № 1):

а) HNO₃ + S→ H₂SO₄ + NO

б) KI + H₂O₂→ I₂ + KOH

в) Si + NaOH + H₂O→ Na₂SiO₃ + H₂

6. Определить степень окисления серы в SO₂, H₂S, Na₂SO₃, CS₂, H₂SO₄, As₂S₃. Назвать соединения.

7. Определить степень окисления хрома в K₂CrO₄, Cr₂O₃, Fe(CrO₂)₂, K₂Cr₂O₇, Cr₂(SO₄)₃, Na₃[Cr(OH)₆]. Назвать соединения.

8. Определить степень окисления элементов и указать из следующих реакций окислительно-восстановительные.

а) H₂ + Br₂ → 2HBr; б) NH₄Cl → NH₃ + HCl; в) NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

9. Определить степень окисления элементов и указать из следующих реакций окислительно-восстановительные.

а) 2K₂Cr₂O₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

б) H₃BO₃ + 4HF → HBF₄ + 3H₂O

в) Fe + S → FeS

10. Какие из перечисленных веществ и за счет каких элементов проявляют обычно окислительные свойства и какие – восстановительные, указать вещества с окислительно-восстановительной двойственность: H₂S, SO₂, CO, Zn, F₂, NaNO₂, KMnO₄, HClO, H₃SbO₃.

11. Указать, в каких из следующих реакций пероксид водорода служит окислителем, а в каких – восстановителем:

а) I₂ + H₂O₂ → HIO₃ + H₂O;

б) PbO₂ + H₂O₂ → Pb(OH)₂ + O₂

в) KClO₃ + H₂O₂ → KCl + O₂ + H₂O

г) KMnO₄ + H₂O₂ → MnO₂ + KOH + O₂ + H₂O

12. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) Mn(OH)₂ + Cl₂ + KOH → MnO₂ +

б) MnO₂ + O₂ + KOH → K₂MnO₄ +

в) FeSO₄ + Br₂ + H₂SO₄ →

13. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) С + HNO₃(конц.) → CO₂ +

б) Sb + HNO₃(конц.) → HSbO₃ +

в) PbS + HNO₃(конц.) → PbSO₄ + NO₂

14. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) HBr + H₂SO₄(конц.) → Br₂ +

б) S + H₂SO₄(конц.) → SO₂ +

в) Mg + H₂SO₄(конц.) → MgSO₄ +

15. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) KI+ Fe₂(SO₄)₃ → I₂ +

б) KI + CuCl₂ → CuCl +

в) SnCl₂ + HgCl₂ → Hg₂Cl₂ +

16. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) LiH + H₂O →

б) HCl + CrO₃ → Cl₂ +

в) HBr + KMnO₄ → MnBr₂ +

17. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) K₂S + K₂MnO₄ + H₂O → S +

б) NO₂ + KMnO₄ + H₂O → KNO₃ +

в) KI + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → I₂ +

18. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) PbS + H₂O₂ →

б) HClO + H₂O₂ → HCl +

в) KMnO₄ + H₂O₂ → MnO₂ +

19. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) K₂SO₃ → K₂S +

б) P₂O₃ + H₂O → PH₃ +

в) P + KOH + H₂O → KH₂PO₂ + PH₃

20. Закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:

а) KClO₃ → KCl +

б) KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ +

в) NH₄NO₂ → N₂ +

Пример. Расставить коэффициенты в уравнении

KMnO₄ + HCl → Cl₂ + КCl + MnCl₂ + H₂O

Решение

а) K+1Mn+7O4–2 + H+1Cl–1 → Cl20 + К+1Cl–1 + Mn+2Cl2–1 + H2+1O–2 б) Mn+7 + 5ē → Mn+2 | 5 | 2 (окислитель / восстановление) 2Cl–1 – 2ē → Cl20 | 2 | 5 (восстановитель / окисление) в) 2KMnO4 + HCl → 5Cl2 + КCl + 2MnCl2 + H2O г) 2KMnO4 + 16HCl → 5Cl2 + 2КCl + 2MnCl2 + 8H2O

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________