
- •Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
- •Методические указания
- •«Реакции в растворах»
- •130503 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ» (нтх / стх),
- •150202 «Оборудование и технология сварочного производства»
- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2007г.
- •I. Лабораторная работа
- •Варианты лабораторных работ
- •Форма отчета: на 2 и 3 страницах
- •Лабораторная работа
- •Варианты лабораторных работ
- •II. Вопросы для самоконтроля.
- •III. Рабочие задания. Задание № 1
- •IV. Реакции в растворах Реакции ионного обмена
- •Гидролиз солей
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •V. Примеры выполнения заданий
- •Растворимость солей, кислот, оснований в воде
- •625000,Г. Тюмень, ул. Володарского, 38
- •625039,Г. Тюмень, ул. Киевская, 52
V. Примеры выполнения заданий
Пример 1. Составить молекулярные и ионно–молекулярные уравнения реакций водных растворов нитрата марганца(II) и гидроксида бария
Запишем уравнение реакции в молекулярной форме
Mn(NO3)2 + Ba(OH)2 = Ba(NO3)2 + Mn(OH)2
Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде перепишем это уравнение для реального состояния веществ в растворе: растворимые в воде Mn(NO3)2, Ba(OH)2, Ba(NO3)2 (сильные электролиты) в виде ионов, а нерастворимый в воде Mn(OH)2 (слабый электролит) в молекулярном виде. Запишем ионно-молекулярное уравнение
Mn2+ + 2NO3- + Ba2+ + 2OH- = Mn(OH)2 + Ba2+ + 2NO3-.
Реакция может быть записана кратким ионно–молекулярным уравнением
Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2
Пример 2. Из раствора, в котором присутствуют ионы SO42-, OH-, Br-, извлечь OH-
Из раствора ионы можно извлечь, переводя их в нерастворимые соединения. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, находим, что при добавлении иона Mn2+ образующиеся в результате протекающей в растворе реакции обмена MnSO4, и MnBr2 являются растворимыми в воде солями, т.е. являются сильными электролитами и находятся в растворе в виде ионов. Mn(OH)2 является нерастворимым в воде соединением и находится в растворе в молекулярном виде. Составим краткие ионно-молекулярные уравнения реакций
SO42- + Mn2+ = SO42- + Mn2+
Br- + Mn2+ = Br- + Mn2+
OH- + Mn2+ = Mn(OH)2
Пример 3. Определить наличие ионов Ag+ в растворе, содержащем ионы Cu2+, Ag+
Определить наличие иона Ag+ в растворе можно, переводя его в нерастворимое соединение. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, находим, что при добавлении иона Cl- образующаяся в результате протекающей в растворе реакции обмена CuCl2, является растворимой в воде солью, т.е. является сильным электролитом и находится в растворе в виде ионов. AgCl является нерастворимым в воде соединением и находится в растворе в молекулярном виде. Составим краткие ионно-молекулярные уравнения реакций
Cu2++ Cl-= CuCl2,
Ag+ + Cl- = AgCl
Пример 4. Составить уравнение гидролиза и указать рН раствора фосфата калия.
Соль образована сильным основанием и слабой кислотой. Гидролиз карбоната натрия, протекает следующим образом:
I ступень. K3PO4 + HOH = K2HPO4 + KOH
PO43- + HOH = HPO42- + OH-,
II ступень. K2HPO4 + HOH = KH2PO4 + KOH
HPO42- + HOH = H2PO42- + OH-.
III ступень практически не протекает.
При гидролизе ионы PO43-- связывают ионы H+ из воды в слабый электролит HPO42. Ионы K+ не могут связать OH- в молекулы, т.к. KOH является сильным электролитом. В растворе создается избыток OH-, поэтому раствор приобретает щелочную реакцию (pH >7).
Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции в кислой среде.
Пример 5. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции взаимодействия перманганата калия и нитрита натрия в водном растворе серной кислоты.
1.Запишем схему окислительно-восстановительной реакции.
KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 MnSO4 + NaNO3 + …
2.Определим, какие элементы изменили степень окисления.
+7 +3 +2 +5
KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 MnSO4 + NaNO3 + …
Степень окисления изменили элементы марганец (Mn) и азот (N).
3. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, запишем схему реакции в кратком ионно-молекулярном виде:
MnO4- + NO2- + 2H+ Mn2+ + NO3- + …
MnO4- = Mn2+
NO2- = NO3-
4.Составим уравнения процессов окисления и восстановления, имея в виду, что реакция протекает в кислой среде:
MnO4- + 8H+ = Mn2+ +HOH
NO2- + HOH = NO3- + 2H+
5.Уравниваем левую и правую части уравнений по числу электронов.
Окислитель MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ +HOH -реакция восстановление
Восстановитель NO2- + HOH – 2e = NO3- + 2H+ - реакция окисление.
6.Находим множители для полуреакций окисления и восстановления.
О
кислитель
2 MnO4-
+ 8H+
+ 5e
= Mn2+
+HOH
- восстановление
Восстановитель 5 NO2- + HOH – 2e = NO3- + 2H+ - окисление.
7.Умножаем полуреакции на множители и суммируем.
2
MnO4-
+ 616H+
+ 5NO2-
+ 5H2O
= 2Mn2+
+ 38H2O
+ 5NO3-
+ 10H+
8.Получаем уравнение в молекулярном виде:
2KMnO4 + 5NaNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O
Вещество K2SO4 получилось в результате реакции ионного обмена.
9. Проведем проверку по кислороду
-2 -2
30 О = 30 О
Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции в нейтральной среде.
Пример 6. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции взаимодействия перманганата калия и нитрита натрия в воде.
1.Запишем схему окислительно-восстановительной реакции.
KMnO4 + NaNO2 + H2O MnO2 + NaNO3 + …
2.Определим, какие элементы изменили степень окисления.
+7 +3 +4 +5
KMnO4 + NaNO2 + H2O MnO2 + NaNO3 + …
Степень окисления изменили элементы марганец (Mn) и азот (N).
3. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, запишем схему реакции в кратком ионно-молекулярном виде:
MnO4- + NO2- + H2O MnO2 + NO3- + …
MnO4- = MnO2 NO2- = NO3-
4.Составим уравнения процессов окисления и восстановления, имея в виду, что реакция протекает в нейтральной среде:
MnO4- + 2H2O = MnO2 +4OH-
NO2- + H2O = NO3- + 2H+
5.Уравниваем левую и правую части уравнений по числу электронов.
Окислитель MnO4- + 2H2O + 3e = MnO2 +4OH- -реакция восстановление
Восстановитель NO2- + H2O – 2e = NO3- + 2H+ - реакция окисление.
6.Находим множители для полуреакций окисления и восстановления.
О кислитель 2 MnO4- + 2H2O + 3e = MnO2 +4OH- - восстановление
Восстановитель 3 NO2- + HOH – 2e = NO3- + 2H+ - окисление.
7.Умножаем полуреакции на множители и суммируем.
2 MnO4- + 4H2O + 3NO2- + 3H2O = 2MnO2 + 3NO3- + 6H++8OH-
8.Получаем уравнение в молекулярном виде:
2KMnO4 + 3NaNO2 + H2O = 2MnO2 + 3NaNO3 + 2KOH
9. Проведем проверку по кислороду
-2 -2
15 О = 15 О
Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции в основной среде.
Пример 7. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции взаимодействия перманганата калия и нитрита натрия в водном растворе гидроксида калия.
1.Запишем схему окислительно-восстановительной реакции.
KMnO4 + NaNO2 + КOH K2MnO4 + NaNO3 + …
2.Определим, какие элементы изменили степень окисления.
+7 +3 +6 +5
KMnO4 + NaNO2 + КOH K2MnO4 + NaNO3 + …
Степень окисления изменили элементы марганец (Mn) и азот (N).
3. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, запишем схему реакции в кратком ионно-молекулярном виде:
MnO4- + NO2- + OH- MnO42- + NO3- + …
MnO4- = MnO42- NO2- = NO3-
4.Составим уравнения процессов окисления и восстановления, имея в виду, что реакция протекает в нейтральной среде:
MnO4- = MnO42-
NO2- + 2OH- = NO3- + H2O
5.Уравниваем левую и правую части уравнений по числу электронов.
Окислитель MnO4- + 1e = MnO42- - реакция восстановление
Восстановитель NO2- + 2OH- – 2e = NO3- + H2O - реакция окисление.
6.Находим множители для полуреакций окисления и восстановления.
О кислитель 2 MnO4- + 1e = MnO42- - - восстановление
Восстановитель 1 NO2- + 2OH- – 2e = NO3- + H2O - окисление.
7.Умножаем полуреакции на множители и суммируем.
2MnO4- + NO2- + 2OH- = 2MnO42- + NO3- + H2O
8.Получаем уравнение в молекулярном виде:
2KMnO4 + NaNO2 + 2КOH = 2K2MnO4 + NaNO3 + H2O
9. Проведем проверку по кислороду
-2 -2
12 О = 12 О
Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции для реакции, в которой степень окисления изменяется у одного и того же элемента, входящего в состав различных молекул.
Пример 8. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции взаимодействия перманганата калия и сульфата марганца в водном среде.
1.Запишем схему окислительно-восстановительной реакции.
KMnO4 + MnSO4 + H2O MnO2 + …
2.Определим, какие элементы изменили степень окисления.
+7 +2 +4
KMnO4 + MnSO4 + H2O MnO2 + …
Степень окисления изменил элементмарганец (Mn) .
3. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, запишем схему реакции в кратком ионно-молекулярном виде:
MnO4- + Mn2+ + H2O MnO2 + …
MnO4- = MnO2 Mn2+ = MnO2
4.Составим уравнения процессов окисления и восстановления, имея в виду, что реакция протекает в нейтральной среде:
MnO4- + 2H2O = MnO2 + 4ОН- Mn2+ +2H2O = MnO2 + 4Н+
5.Уравниваем левую и правую части уравнений по числу электронов.
Окислитель MnO4- + 2H2O +3e = MnO2+ 4ОН- - реакция восстановление
Восстановитель Mn2+ +2H2O - – 2e = MnO2 + 4Н+- реакция окисление.
6.Находим множители для полуреакций окисления и восстановления.
О кислитель 2 MnO4- + 2H2O +3e = MnO2+ 4ОН- - - восстановление
Восстановитель 3 Mn2+ +2H2O - – 2e = MnO2 + 4Н+ - окисление.
7.Умножаем полуреакции на множители и суммируем.
2MnO4- + 3Mn2+ + 10H2O = 5MnO2+ 8ОН- + 12Н+
8.Получаем уравнение в молекулярном виде:
2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O = 5MnO2 + 2H2SO4+ K2SO4
Вещество K2SO4 получилось в результате реакции ионного обмена.
9. Проведем проверку по кислороду
-2 -2
22 О = 22 О
Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции для реакции самоокисления-самовосстановления – реакции, в которой степень окисления изменяется у одного и того же элемента, входящего в состав одного и того же вещества
Пример 9. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции взаимодействия хлора с водным раствором гидроксида калия
1.Запишем схему окислительно-восстановительной реакции.
Cl2 + KOH KCl + KClO3 + …
2.Определим, какие элементы изменили степень окисления.
0 -1 +5
Cl2 + KOH KCl + KClO3 + …
Степень окисления изменил элемент хлор ( Cl ).
3. Используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде, запишем схему реакции в кратком ионно-молекулярном виде:
Cl2 + OH- Cl- + ClO3- + …
Cl2 = Cl-
Cl2= ClO3-
4.Составим уравнения процессов окисления и восстановления, имея в виду, что реакция протекает в нейтральной среде:
Cl2 = 2Cl-
Cl2 + 12OH- = 2ClO3- + 6H2O
5.Уравниваем левую и правую части уравнений по числу электронов.
Окислитель Cl2 + 2e = 2Cl- - реакция восстановление
Восстановитель Cl2 + 12OH- – 10e = 2ClO3- + 6H2O - реакция окисление.
6.Находим множители для полуреакций окисления и восстановления.
О кислитель 2 Cl2 + 2e = 2Cl- - восстановление
Восстановитель 1 Cl2 + 12OH- – 10e = 2ClO3- + 6H2O - окисление.
7.Умножаем полуреакции на множители и суммируем.
5Cl2 + Cl2 + 12OH- = 10Cl- +2ClO3- + 6H2O
8.Получаем уравнение в молекулярном виде:
6Cl2 + 12KOH = 10KCl + 2KClO3 + 6H2O
9. Проведем проверку по кислороду
-2 -2
12 О = 12 О