ХИМИЯ
.pdf
ТЕМА № 9
Окислительно-восстановительные реакции
Пример 1. Определите степень окисления углерода в соединениях:
CO, CO2 и H2CO3.
Решение. Зная, что сумма степеней окисления всех элементов в соединении равна нулю, а степень окисления кислорода и водорода постоянны – (-2) и (+1), соответственно, имеем:
C x O 2 |
|
х + (-2) = 0, |
|
отсюда х = +2; |
||
C xO 2 |
|
х + (-2) 2 = 0, |
отсюда х = +4; |
|||
|
2 |
|
|
|
|
|
H 2 |
1C x O3 |
2 |
1 2 + х + (-2) 3 = 0, |
отсюда х = +4. |
||
Ответ: +2 и +4. |
|
|
|
|||
Пример 2. |
Составьте |
уравнение |
окислительно-восстановительной |
|||
реакции, идущей по схеме: |
|
|
|
|||
|
|
H2S + KMnO4 + HCl |
MnCl2 + S + KCl + H2O |
|||
методом ионно-электронного баланса. |
|
|||||
Решение. Определяем атомы (ионы), изменяющие свою степень |
||||||
окисления: |
|
|
|
|
|
|
|
(H2S–2)0 +K(Mn+7O4)– + HCl |
Mn+2Cl2 + S0 + KCl + H2O . |
||||
Составляем ионно-электронные уравнения. Причем сильные |
||||||
электролиты |
записываются |
в виде ионов, а слабые электролиты, газы |
||||
и нерастворимые вещества – в молекулярном виде: |
||||||
окислитель |
MnO4- +8H+ + 5е- |
Mn+2 + 4H2O – процесс восстановления; |
||||
восстановитель |
H2S0 – 2е- |
S0 + 2H+ |
– процесс окисления. |
|||
Подбираем коэффициенты для окислителя и восстановителя. Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 10. Разделив это число на 5 и на 2, получим коэффициент 2 для окислителя и коэффициент 5 для восстановителя.
MnO4– +8H+ + 5е- Mn+2 + 4H2O |
|
|
2 |
5 |
|
||
|
|
10 |
|
H2S – 2е- S0 + 2H+ |
2 |
|
5 |
|
|
|
|
51
Найденные коэффициенты подставляем в схему и суммируем
уравнения обеих полуреакций: |
|
|
2MnO4– +16H+ + 5H2S |
2Mn+2 |
+ 8H2O + 5S0 + 10H+ ; |
2MnO4– +6H+ + 5H2S |
2Mn+2 |
+ 8H2O + 5S0. |
Записываем реакцию в молекулярной форме с добавлением ионов, которые не участвуют в процессе окисления-восстановления. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не изменяют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции в окончательном виде:
5H2S + 2KMnO4 + 6HCl 2MnCl2 + 5S + 2KCl + 8H2O .
Задания
Таблица 9 – Варианты контрольных заданий по теме № 9
Последняя цифра |
|
|
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|
|
|||||||
зачетной книжки |
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
1 |
30 |
10 |
|
11 |
21 |
1 |
12 |
22 |
3 |
|
13 |
23 |
2 |
21 |
1 |
|
12 |
22 |
2 |
13 |
23 |
4 |
|
14 |
24 |
3 |
22 |
2 |
|
13 |
23 |
3 |
14 |
24 |
5 |
|
15 |
25 |
4 |
23 |
3 |
|
14 |
24 |
4 |
15 |
25 |
6 |
|
16 |
26 |
5 |
24 |
4 |
|
15 |
25 |
5 |
16 |
26 |
7 |
|
17 |
27 |
6 |
25 |
5 |
|
16 |
26 |
6 |
17 |
27 |
8 |
|
18 |
28 |
7 |
26 |
6 |
|
17 |
27 |
7 |
18 |
28 |
9 |
|
19 |
29 |
8 |
27 |
7 |
|
18 |
28 |
8 |
19 |
29 |
10 |
|
20 |
30 |
9 |
28 |
8 |
|
19 |
29 |
9 |
10 |
30 |
1 |
|
21 |
21 |
0 |
29 |
9 |
|
20 |
30 |
10 |
11 |
21 |
2 |
|
12 |
22 |
Закончите уравнения. Составьте уравнения окислительновосстановительных реакций методом ионно-электронного (для реакций, идущих в растворах) и (или) электронного баланса, расставьте коэффициенты. Для каждой реакции укажите окислитель, восстановитель и их степени окисления; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
1. |
NaCrO2 + PbO2 + NaOH |
2. |
H2S + Cl2 + H2O |
|
MnO2 + HCl |
|
KClO3 + Na2SO3 |
3. |
P + HClO3 + H2O |
4. |
P + HNO3 + H2O |
|
Al + HCl |
|
Cu + HNO3 (конц.) |
|
|
52 |
|
5. |
NaCrO2 +Br2 + NaOH |
6. |
H2S + Cl2 + H2O |
|
|
H2S + HNO3 |
|
Ag + HNO3 |
(конц.) |
7. |
KMnO4 + KNO2 + H2SO4 |
8. |
Au + HNO3 |
+ HCl |
|
Cu + H2SO4 (конц.) |
|
HNO3 + H2S |
|
9. |
Mn(OH)2 + Cl2 + KOH |
10. |
K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 |
|
|
H2S +SO2 |
|
Cl2 + KOH |
|
11. |
KNO2 + PbO2 + HCl |
12. |
NaBr + MnO2 + H2SO4 |
|
|
Cu2O + HNO3 |
|
KOH + KMnO4 |
|
13.P + HIO3 + H2O Zn + H2SO4 (конц.)
15.H2O2 + KMnO4 + H2SO4 
Fe2O3 + C 
17.Na2SO3 + K2CrO7 + H2SO4 
HCl +CrO3 
19.FeCO3 + KMnO4 + H2SO4 
I2 + H2O2 
21.KBr +KBrO3 + H2SO4 
H2O2 + PbS 
23.K2SO3 + KMnO4 + KOH 
I2 + NaOH 
25.K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 
HIO3 + H2O2 
27.MnO2 + KBr + H2SO4 
KI + H2O2 
29.CrCl3 + Br2 + KOH 
P + H2O2 
53
14.Na2SO3 + KMnO4 + H2O 
S + HNO3 
16.H3PO3+ KMnO4 + H2SO4 
HNO3 + HCl 
18.KMnO4 + MnSO4 + H2O 
HBr + H2SO4 
20.MnSO4 + PbO2 + HNO3 
HCl +KMnO4 
22.H2SO3 + Cl2 + H2O K2MnO4 + Cl2
24.FeSO4 + KClO3 + H2SO4 
NH3 + O2 
26.K2Cr2O7 + Fe + H2SO4 
H2SO3 + HClO3 
28.FeSO4 + HNO3 + H2SO4 
K2Cr2O7 + HCl 
30.CuS +H2O2 + HCl Pb + HNO3 (разб.)
ТЕМА № 10
Электролиз
Пример 1. |
Составьте |
уравнения |
электродных |
процессов, |
протекающих при электролизе |
водного |
раствора сульфата натрия |
||
с инертными электродами. |
|
|
|
|
Решение. |
Стандартный |
электродный потенциал |
системы |
|
Na+ + e- = Na (-2,71 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, по схеме:
2H2O + 2e- = H2 + 2OH-.
У катода (катодное пространство) также будут накапливаться ионы натрия Na+.
На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:
2H2O – 4e- = О2 |
+ 4H+. |
Поскольку отвечающий данной системе стандартный электродный |
|
потенциал (1,23 В) |
значительно ниже, чем электродный потенциал |
системы 2SO42- – 2e- = S2O82- (2,01 В). Ионы SO42-, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.
Схема электродных процессов, |
протекающих при электролизе |
||||||||
Na2SO4 следующая. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Na2SO4 |
|
|
|
|||
|
К(-) |
|
|
А(+) |
|||||
|
|
|
2Na+ |
+ SO42- |
|
|
|
||
|
H2O+ |
|
|
|
+H2O |
||||
2H2O + 2e- = H2 + 2OH- (х2) |
|
|
2H2O – 4e- = О2 + 4H+ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6H2O = 2H2 + 4OH-+ О2 + 4H+
2H2O = 2H2 + О2
Таким образом, при электролизе водного раствора сульфата натрия одновременно с выделением водорода и кислорода, образуются также гидроксид натрия (катодное пространство) и серная кислота (анодное пространство).
54
Пример 2. Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора CuSO4 с медным анодом.
Решение. |
Стандартный электродный |
потенциал |
системы |
Cu2+ + 2e- = Cu |
(+0,34 В) больше потенциала |
водородного |
электрода |
в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить
электрохимическое восстановление ионов меди по схеме:
Cu2+ + 2e- = Cu0.
На аноде будет происходить электрохимическое окисление материала, из которого сделан сам анод, т.е. окисление меди и ее
растворение, по схеме:
Cu0 – 2e- = Cu+2.
Схема электродных процессов, протекающих при электролизе CuSO4, следующая.
|
|
CuSO4 |
||
К(-) |
|
А(+) |
||
|
|
Cu+2 + SO42- |
|
|
H2O+ |
|
+H2O |
||
|
|
|||
Cu+2 + 2e- = Cu0 |
|
Cu0 – 2e- = Cu+2. |
||
Таким образом, при электролизе водного раствора сульфата меди с медным анодом (последний, растворяясь, посылает свои электроны во внешнюю цепь) на катоде происходит электрохимическое восстановление меди.
Задания
Таблица 10 – Варианты контрольных заданий по теме № 10
Последняя цифра |
|
|
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|
|
|||||||
зачетной книжки |
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
1 |
1 |
12 |
|
22 |
2 |
13 |
23 |
4 |
14 |
|
24 |
5 |
2 |
2 |
13 |
|
23 |
3 |
14 |
24 |
5 |
15 |
|
25 |
6 |
3 |
3 |
14 |
|
24 |
4 |
15 |
25 |
6 |
16 |
|
26 |
7 |
4 |
4 |
15 |
|
25 |
5 |
16 |
26 |
7 |
17 |
|
27 |
8 |
5 |
5 |
16 |
|
26 |
6 |
17 |
27 |
8 |
18 |
|
28 |
9 |
6 |
6 |
17 |
|
27 |
7 |
18 |
28 |
9 |
19 |
|
29 |
10 |
7 |
7 |
18 |
|
28 |
8 |
19 |
29 |
10 |
20 |
|
30 |
1 |
8 |
8 |
19 |
|
29 |
9 |
10 |
30 |
1 |
21 |
|
21 |
2 |
9 |
9 |
20 |
|
30 |
10 |
11 |
21 |
2 |
12 |
|
22 |
3 |
0 |
10 |
11 |
|
21 |
1 |
12 |
22 |
3 |
13 |
|
23 |
4 |
|
|
|
|
|
55 |
|
|
|
|
|
|
|
1.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора CuCl2, если: а) анод медный; б) анод угольный.
2.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов H2SO4 и ZnCl2 с инертным анодом.
3.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов CaCl2 и Zn(OH)2 с инертными электродами.
4.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора Al2(SO4)3, если: а) анод алюминиевый; б) анод угольный.
5.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водных растворов Na2SO4 и NiCl2 с платиновыми электродами.
6.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водных растворов NaOH и Pb(NO3)2 с инертными электродами.
7.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора MnSO4, если: а) анод марганцевый; б) анод угольный.
8.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора Pb(NO3)2 и CaBr2 на угольных электродах.
9.Составьте схему процессов, протекающих при электролизе водных растворов NaI и H3PO4 на инертных электродах.
10.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора ZnCl2, если: а) анод платиновый, б) анод цинковый.
11.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов KOH и NiCl2 на инертных электродах.
12.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов H2SO4 и FeCl2 с инертным анодом.
13.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора ZnSO4, если: а) анод платиновый, б) анод цинковый.
14.Составьте схему процессов, протекающих при электролизе водных растворов K2SO4 и AlCl3 на инертных электродах.
15.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов H2SO3 и MgCl2 с инертным анодом.
16.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе растворов PbS и H2SO3 на платиновых электродах.
17.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора NiCl2, если: а) анод никелевый, б) анод угольный.
56
18.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов H2S и CaSO4 с платиновыми электродами.
19.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора Cu(NO3)2, если: а) анод медный; б) анод угольный.
20.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе растворов PbBr2 и Ba(OH)2 с инертным анодом.
21.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе растворов Cr2(SO4)3 и CaCl2 с платиновыми электродами.
22.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе растворов KBr и NaOH с платиновыми электродами.
23.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора NiSO4, если: а) анод угольный, б) анод никелевый.
24.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе растворов Ca(NO3)2 и BaCl2, если анод угольный.
25.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов CoSO4 и NaOH с инертным анодом.
26.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора AgNO3, если: а) анод угольный, б) анод серебряный.
27.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов CaSO4 и AlBr3, на платиновых электродах.
28.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов Mg(NO3)2 и PbCl2 на инертных электродах.
29.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов SnSO4 и HgCl2, если анод угольный.
30.Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при
электролизе водного раствора Ag2SO4, если: а) анод угольный, б) анод серебряный.
57
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Таблица 11 – Варианты контрольных вопросов
Последняя цифра |
|
|
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|
|
|||||||
зачетной книжки |
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
1 |
1 |
11 |
|
21 |
31 |
2 |
12 |
22 |
32 |
|
3 |
13 |
80 |
60 |
|
50 |
70 |
78 |
58 |
48 |
68 |
|
76 |
56 |
|
|
|
|
||||||||||
2 |
2 |
12 |
|
22 |
32 |
3 |
13 |
23 |
33 |
|
4 |
14 |
79 |
59 |
|
49 |
69 |
77 |
57 |
47 |
67 |
|
75 |
55 |
|
|
|
|
||||||||||
3 |
3 |
13 |
|
23 |
33 |
4 |
14 |
24 |
34 |
|
5 |
15 |
78 |
58 |
|
48 |
68 |
76 |
56 |
46 |
66 |
|
74 |
54 |
|
|
|
|
||||||||||
4 |
4 |
14 |
|
24 |
34 |
5 |
15 |
25 |
35 |
|
6 |
16 |
77 |
57 |
|
47 |
67 |
75 |
55 |
45 |
65 |
|
73 |
53 |
|
|
|
|
||||||||||
5 |
5 |
15 |
|
25 |
35 |
6 |
16 |
26 |
36 |
|
7 |
17 |
76 |
56 |
|
46 |
66 |
74 |
54 |
44 |
64 |
|
72 |
52 |
|
|
|
|
||||||||||
6 |
6 |
16 |
|
26 |
36 |
7 |
17 |
27 |
37 |
|
8 |
18 |
75 |
55 |
|
45 |
65 |
73 |
53 |
43 |
63 |
|
71 |
51 |
|
|
|
|
||||||||||
7 |
7 |
17 |
|
27 |
37 |
8 |
18 |
28 |
38 |
|
9 |
19 |
74 |
54 |
|
44 |
64 |
72 |
52 |
42 |
62 |
|
80 |
60 |
|
|
|
|
||||||||||
8 |
8 |
18 |
|
28 |
38 |
9 |
19 |
29 |
39 |
|
10 |
20 |
73 |
53 |
|
43 |
63 |
71 |
51 |
41 |
61 |
|
79 |
59 |
|
|
|
|
||||||||||
9 |
9 |
19 |
|
29 |
39 |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
1 |
11 |
72 |
52 |
|
42 |
62 |
80 |
50 |
40 |
60 |
|
78 |
58 |
|
|
|
|
||||||||||
0 |
10 |
20 |
|
30 |
40 |
1 |
11 |
21 |
31 |
|
2 |
12 |
71 |
51 |
|
41 |
61 |
79 |
59 |
49 |
69 |
|
77 |
57 |
|
|
|
|
||||||||||
1.Предмет химии. Понятие материи. Формы существования
материи.
2.Основные положения атомно-молекулярного учения.
3.Основные стехиометрические законы химии. Понятие эквивалента. Закон эквивалентов.
4.Законы газового состояния.
5.Взаимосвязь между классами неорганических соединений.
6.Общие положения химической номенклатуры
7.Простые вещества.
8.Сложные вещества. Бинарные соединения.
9.Многоэлементные соединения.
10.Строение атома. Ядро.
11.Дуализм электрона. Понятие электронного облака.
12.Квантовые числа.
13.Порядок заполнения атомных уровней и подуровней. Форма электронных орбиталей.
14.Периодический закон Д. И. Менделеева.
15.Структура периодической системы элементов. Периодичность изменения свойств химических элементов.
58
16.Периодичность свойств химических элементов: атомные и ионные радиусы, энергия ионизации и энергия сродства к электрону, электроотрицательность.
17.Природа химической связи.
18.Ковалентная связь. Понятие гибридизации.
19.Ионная связь.
20.Металлическая связь.
21.Межмолекулярное взаимодействие. Водородная связь.
22.Агрегатные состояния вещества. Кристаллическое состояние.
23.Типы структур кристаллических решеток веществ.
24.Форма кристаллов.
25.Зонная теория проводимости кристаллов.
26.Жидкое и аморфное состояния.
27.Основные понятия химической термодинамики.
28.Внутренняя энергия. Энтальпия. Тепловой эффект реакции.
29.Стандартные условия, стандартная энтальпия и стандартное состояние.
30.Термохимия. Термохимические законы.
31.Энтропия системы. Изменение энтропии.
32.Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса). Направление химических реакций.
33.Понятие скорости химической реакции.
34.Факторы, влияющие на скорость реакции.
35.Понятие о катализе и катализаторах.
36.Необратимые и обратимые реакции.
37.Химическое равновесие. Константа химического равновесия.
38.Влияние изменения внешних условий (t, p, C) на смещение равновесия. Принцип Ле Шателье.
39.Понятие раствора. Процессы, протекающие при растворении.
40.Способы выражения состава растворов.
41.Растворимость. Факторы, влияющие на растворимость веществ. Виды растворов.
42.Законы, описывающие свойства разбавленных растворов неэлектролитов.
43.Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса.
44.Современные теории электролитической диссоциации
45.Понятие степени диссоциации. Сильные электролиты.
46.Диссоциация слабых электролитов. Закон разбавления Оствальда.
47.Ступенчатая диссоциация слабых электролитов. Кислые и основные соли. Амфотерные электролиты.
48.Реакции обмена в растворах электролитов.
49.Произведение растворимости.
59
50.Диссоциация воды. Водородный показатель.
51.Универсальные индикаторы.
52.Гидролиз солей. Виды гидролиза.
53.Количественные характеристики гидролиза.
54.Понятие окислительно-восстановительной реакции. Степень окисления.
55.Процессы окисления и восстановления. Понятие окислителя и восстановителя, важнейшие из них.
56.Классификация окислительно-восстановительных реакций. Составление уравнений ОВР методом электронного баланса.
57.Факторы, влияющие на протекание окислительновосстановительных реакций.
58.Строение двойного электрического слоя на границе электроджидкость.
59.Стандартный электродный потенциал. Электродные потенциалы металлов.
60.Устройство гальванического элемента.
61.Сущность электролиза. Электролиз расплавов электролитов.
62.Электролиз растворов электролитов. Последовательность разрядки ионов на катоде и аноде.
63.Количественные характеристики электролитических процессов.
64.Вода в природе. Строение молекулы воды.
65.Физические и химические свойства воды.
66.Разновидности воды: природная, питьевая, техническая и лечебная.
67.Жесткость воды и способы ее устранения.
68.Общая характеристика металлов. Физические свойства.
69.Химические свойства металлов.
70.Промышленные способы получения металлов.
71.Общие сведения. Классификация и строение полимеров.
72.Механизм протекания реакций полимеризации и поликонденсации.
73.Основные представители полимеризационных полимеров.
74.Основные представители поликонденсационных полимеров.
75.Синтетические каучуки.
76.Нефть: химический состав, классификация, физические свойства.
77.Первичная переработка нефти: условия, сущность метода, продукты и их применение.
78.Вторичная переработка нефти: условия, сущность метода, продукты и их применение.
79.Каменный уголь как источник ароматических углеводородов. Способы переработки, основные продукты и их применение.
80.Природные газы и их использование.
60