Лабораторный практикум по химии

Контрольные вопросы и упражнения

1.Какие процессы относятся к реакциям гидролиза?

2.Определите, какие из указанных солей подвергаются гидролизу,

икакая форма гидролиза (простой, ступенчатый, полный) имеет место в каждом конкретном случае:

реакций в ионном и молекулярном виде. Укажите случай и форму гидролиза.

4.Определите, как сместится равновесие в реакции гидролиза сульфата хрома при прибавлении: а) кислоты; б) щелочи; в) сульфата натрия; г) карбоната натрия; д) хлорида цинка.

5.Объясните понятия константы и степени гидролиза. Какие

факторы влияют на степень гидролиза?

6. Определите, какая из указанных солей гидролизуется в большей степени:

7. Вычислите константу гидролиза фторида калия. Определите

степень гидролиза этой соли в 0,01 М растворе и рН раствора

(KHF = 7 · 10–4).

Ответ: 0,14·10–10; 3,74·10–5; 7,6.

8.При сливании водных растворов AlCl3 и Na2S образуется осадок гидроксида алюминия и выделяется газ. Напишите уравнения соответствующей реакции в ионном и молекулярном виде. Как доказать, что в осадке гидроксид алюминия, а не сульфид?

9.Определите соотношение констант и степени гидролиза сульфида натрия для первой и второй ступеней. Изменением

концентрации можно пренебречь ( K(1)H2S = 6×10−8 , K(2) HS − =1×10−14 ).

Ответ: 6·106; 2,

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Работа № 8

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) - реакции,

протекающие с изменением степени окисления элементов. Степень окисления (окислительное число) - заряд атома, вычисленный исходя из условного предположения, что все связи в молекуле являются ионными.

При определении степени окисления необходимо учитывать, что алгебраическая сумма окислительных чисел всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю. Например, необходимо определить окислительные числа кремния и фосфора в соединениях H2SiO3 и

K4P2O7:

цифрами с предшествующими знаками «+» или «–». Таким же образом, но со знаком после цифры обозначаются заряды ионов. Например:

При этом степень окисления атома повышается.

Восстановление - процесс присоединения электронов атомом,

При этом степень окисления атома понижается.

Окисление и восстановление - процессы сопряженные: отдача электронов всегда сопровождается их присоединением. В реакциях количества принятых окислителем и отданных восстановителем электронов должны быть одинаковыми.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В методе ионно-электронного баланса учитывается, что отдают и принимают электроны ионы или молекулы. При этом может изменяться

сопровождаются потерей или присоединением атомов кислорода или водорода.

Такие взаимные переходы возможны только с участием частиц среды, присутствующих в растворах: в кислой среде - Н+ и Н2О, в нейтральной - Н2О, в щелочной - ОН– и Н2О (табл.1).

Рассмотрим пример реакции, протекающей в кислой среде. Даны исходные вещества:

KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 →.

1. Определяем степени окисления элементов, находим окислитель, восстановитель и рН среды:

KMn+7O4 - окислитель (Mn находится в высшей степени окисления +7);

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Na2S+4O3 - восстановитель (S находится в промежуточной степени окисления +4);

H2SO4 - среда кислая (рН < 7).

2. Записываем исходные вещества в виде ионов, учитывая только ионы, содержащие окислитель и восстановитель, а также ионы, обеспечивающие реакцию среды:

MnO4– + SO32– + H+ →

3. Записываем схему возможных полуреакций для процессов окисления и восстановления:

4. Составляем полуреакции:

а) уравниваем количества атомов элементов и заряды левой и правой частей полуреакций, используя частицы среды и переходы электронов:

MnO4– + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O;

SO32– + H2O – 2ē = SO42– + 2H+;

б) находим коэффициенты:

2 MnO4– + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O;

5SO32– + H2O – 2ē = SO42– + 2H+.

5.Суммируем две полуреакции с учетом коэффициентов и получаем сокращенное ионное уравнение:

2MnO4– + 16H+ + 5SO32– + 5H2O = 2Mn2+ + 8H2O + 5SO42– + 10H+.

Сокращаем подобные члены:

2MnO4– + 6H+ + 5SO32– = 2Mn2+ + 3H2O + 5SO42–.

6.Дописываем ионы, не принимающие участия в ОВР, с учетом компенсации заряда:

7.Составляем молекулярное уравнение реакции:

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5Na2SO3 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В качестве примеров рассмотрим еще две реакции, протекающие в нейтральной и щелочной средах.

Реакция взаимодействия манганата калия с водой в нейтральной среде:

K2MnO4 + H2O → KMnO4 + MnO2 + KOH.

Ион MnO42–, содержащий Мn+6 в промежуточной степени окисления, выполняет функцию и окислителя, и восстановителя.

Молекулярное уравнение реакции:

3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 4KOH + MnO2 .

Реакция взаимодействия кремния с пероксидом водорода в щелочной среде:

Si + H2O2 + KOH → K2SiO3 + H2O

Молекулярное уравнение реакции:

Si + 2KOH + 2H2O2 = K2SiO3 + 3H2O.

Опыт 1. Сравнительная характеристика окислительных свойств галогенов и восстановительной способности галогенидов

Галогены в свободном состоянии являются типичными окислителями. Снизу вверх по группе в соответствии с электроотрицательностью их окислительная активность усиливается:

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

F2 Cl2 Br2 I2

¬¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ .

усиление окислительных свойств

Однако каждый из них, за исключением фтора, может быть окислен более сильным окислителем: йод можно окислить бромом и хлором, бром можно окислить хлором, но нельзя - йодом.

Галогенид-ионы содержат элементы в низшей степени окисления и в ОВР могут быть только восстановителями. Их восстановительная активность повышается сверху вниз по группе:

Cl− Br − I−

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®

усиление восстановительных свойств

Окисление галогенид-ионов Г− происходит в разных средах в соответствии со схемой

Г–

OH– ГO3–

Галогены лучше растворяются в неполярных органических растворителях (бензоле, четыреххлористом углероде), поэтому реакции, сопровождающиеся выделением свободных галогенов, проводят в присутствии органических растворителей.

а) Взаимодействие хлора с бромидами и иодидами

Выполнение опыта. В две пробирки поместить по 3 - 4 капли растворов: в одну - бромида калия, в другую - иодида калия. В обе пробирки добавить по 5 - 7 капель хлорной воды. Отметить признаки течения реакции (изменение окраски растворов, выпадение осадка). К содержимому пробирок добавить по 3 - 4 капли бензола или четыреххлористого углерода и тщательно перемешать. Отметить распределение окрашенного вещества между водным слоем и слоем органического растворителя.

Написать уравнения соответствующих реакций взаимодействия хлора с бромидом и иодидом калия. Образование каких веществ обусловливает изменение окраски растворов? Сравнить растворимость свободных галогенов в воде и органическом растворителе и

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

соответствие правилу «подобное растворяется в подобном». Какую функцию выполняют хлор, бромид- и иодид-ионы в окислительновосстановительных процессах?

б) Взаимодействие брома с хлоридами и иодидами

Выполнение опыта. В две пробирки поместить по 3 - 4 капли растворов: в одну - хлорида натрия, в другую - иодида калия. В обе пробирки добавить по 3 - 4 капли бромной воды (избегать избытка бромной воды) и такое же количество бензола или четыреххлористого углерода. Содержимое пробирок встряхнуть. Отметить признаки течения реакций. Почему не происходит обесцвечивание брома в первой пробирке? Написать уравнение реакции, протекающей во второй пробирке. Указать роль брома в окислительно-восстановительном процессе. Будут ли протекать реакции при действии на йод хлоридов, бромидов? Объяснить взаимное поведение галогенов путем сравнения энергий сродства к электрону и электроотрицательностей.

Выписать галогены в порядке возрастания их окислительной активности.

в) Взаимодействие йода с сероводородной и хлорной водой

Выполнение опыта. В две пробирки внести по 2 капли йодной воды. В одну пробирку добавить 3 капли хлорной воды, в другую - 3 капли сероводородной воды. Наблюдать в обоих случаях обесцвечивание йода, а во второй пробирке - одновременное выпадение осадка серы.

Написать уравнения соответствующих реакций, учитывая, что в результате реакции йода с хлором в присутствии воды образуется HIO3. Какую роль выполняет йод в обеих реакциях?

Опыт 2. Окислительно-восстановительные свойства соединений, содержащих элементы в различных степенях окисления

Ионы или молекулы, содержащие элементы в высшей степени окисления, способны только принимать электроны, поэтому они выполняют функцию только окислителей; в низшей степени окисления - могут только отдавать электроны, т.е. выполняют функцию

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

только восстановителей; а в промежуточной степени окисления - могут выполнять функцию как восстановителей, так и окислителей

в зависимости от условий проведения реакции, например:

Так, H2S и NH3 - восстановители, H2SO4 и HNO3 - окислители, H2O2, H2SO3, HNO2 и их соли - и окислители, и восстановители.

а) Взаимодействие соединений, содержащих серу в различных степенях окисления, с перманганатом калия

Для серы характерны степени окисления –2, 0, +4, +6. В низшей степени окисления она образует соединения с водородом (H2S) и металлами (сульфиды), которые являются типичными восстановителями, окисляясь до S0. В высшей степени окисления она образует оксид SO3 и серную кислоту H2SO4 - типичные окислители. И, наконец, свободная сера и сульфиты, содержащие серу в промежуточных степенях окисления, могут быть как восстановителями, так и окислителями. При этом сера повышает и понижает свою степень окисления до ближайших устойчивых состояний.

Перманганат калия KMnO4 содержит марганец в высшей степени окисления и является сильным окислителем.

Выполнение опыта. В три пробирки внести по 3 капли раствора перманганата калия KMnO4 и 2 н. раствора серной кислоты (среда). В первую пробирку прибавить 3 капли свежеприготовленной сероводородной воды, во вторую - несколько кристалликов сульфита натрия, в третью - 3 капли концентрированной серной кислоты

(ρ = 1,84 г/см3). Отметить, в каких пробирках произошло обесцвечивание раствора.

Написать уравнения соответствующих реакций, учитывая, что ион MnO4– в кислой среде восстанавливается до бесцветного иона Mn2+. Какую роль выполняли соединения серы (S2– и SO32–) в проведенных реакциях? Почему в одной из пробирок не произошло обесцвечивание раствора?

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

б) Взаимодействие соединений, содержащих серу в различных степенях окисления, с иодидом калия

Иодид калия содержит атомы йода в низшей степени окисления и является сильным восстановителем, окисляясь в кислой среде до свободного йода, окрашивающего раствор в желто-бурый цвет.

Выполнение опыта. Опыт провести аналогично предыдущему, но вместо раствора перманганата калия добавить раствор иодида калия. Отметить, в каких пробирках появилась окраска, обусловленная выделением свободного йода. Для доказательства присутствия I2 прибавить к растворам по 2 - 3 капли свежеприготовленного раствора крахмального клейстера и наблюдать его посинение.

Написать уравнения соответствующих реакций, учитывая, что ион I– переходит в I2. Какую роль выполняют соединения серы (SO32– и SO42–) в проведенных реакциях? Почему в пробирке с сероводородной водой не произошло выделение йода? Сделать общий вывод об изменении окислительно-восстановительных свойств серы с изменением ее степени окисления.

Опыт 3. Окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода

Пероксид водорода, содержащий атомы кислорода в промежуточной степени окисления –1, может быть и окислителем, и восстановителем. Будучи окислителем, кислород восстанавливается до степени окисления –2, образуя воду H2O или гидроксогруппу OH– (в щелочной среде). Будучи восстановителем, он окисляется до свободного состояния О2.

а) Окислительные свойства пероксида водорода в щелочной среде

Выполнение опыта. В пробирку поместить 5 капель раствора сульфата хрома (III), добавить 2 н. раствор гидроксида натрия до полного растворения выпавшего в осадок гидроксида хрома (III). Отметить цвет полученного раствора.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com