Окислительно-восстановительных реакций (метод полуреакций)

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1. Составлять схему реакции с указанием исходных и образующихся веществ, отметить элементы, изменяющие в результате реакции степень окисленности, найти окислитель и восстановитель.

2. Составить схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся реально существующих в условиях реакции ионов или молекул.

3. Уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций; при этом следует помнить, что в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы Н₂О, ионы Н⁺ или ОН^-.

4. Уравнять суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции; для этого прибавить к левой и правой частям полуреакции необходимое число электронов.

5. Подобрать множители (основные коэффициенты) для полуреакий так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении.

6. Сложить уравнения полуреакций с учетом найденных основных коэффициентов.

7. Расставить коэффициенты в уравнении реакции.

Следует иметь в виду, что в водных растворах связывание избыточного кислорода и присоединение кислорода восстановителем происходит по разному в кислой, нейтральной и щелочной средах. В кислыхрастворах избыток кислорода связывается ионами водорода с образованием молекул воды, а в нейтральных и щелочных – молекулами воды с образованием гидроксид-ионов, например:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ = 4H₂O (кислая среда)

NO₃^- + 6H₂O + 8e^- = NH₃ +9OH^- (нейтральная или щелочная среда)

Присоединение кислорода восстановителем осуществляется в кислой и нейтральной средах за счет молекул воды с образованием ионов водорода, а в щелочной среде – за счет гидроксид-ионов с образованием молекул воды, например:

I₂ + 6H₂O = 2IO₃^- + 12H⁺ + 10e^- (кислая или нейтральная среда)

CrO₂^- + 4OH^- = CrO₄^2- + 2H₂O + 3e^- (щелочная среда).

 

Задача 1. Окисление сульфида мышьяка (III) концентрированной азотной кислотой происходит по схеме:As₂S₃ + HNO₃®H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NOЗакончить уравнение реакции.

Решение: В ходе реакции окисляются и мышьяк, и сера: степень окисленности мышьяка повышается от +3 до +5, а серы – от –2 до +6. При этом одна молекула As₂S₃ превращается в два иона AsO₄^3- и три иона SO₄^2-:

As₂S₃® 2AsO₄^3- + 3SO₄^2-

Источником кислорода, необходимого для протекания этого процесса, служат в кислой среде молекулы воды. Для образования двух ионов AsO₄^3- требуется восемь молекул воды, а для образования трех ионов SO₄^2- - ещё двенадцать. Всего, следовательно, в полуреакции окисления примут участие двадцать молекул воды, причем высвобождаются сорок ионов водорода:

As₂S₃ + 20H₂O ® 2AsO₄^3- + 3SO₄^2- + 4OH⁺

В левой части схемы заряженных частиц нет, а суммарный заряд частиц правой части равен +28; таким образом; при окислении одной молекулы As₂S₃ отдается 28 электронов. Окончательно получаем уравнение полуреакции окисления в следующем виде:

As₂S₃ + 20H₂O = 2AsO₄^3- + 3SO₄^2- + 4OH⁺ + 28e^-

При составление уравнения полуреакции восстановления азота исходим из схемы: NO₃^-®NO. В ходе этого процесса высвобождаются два атома кислорода, которые в кислой среде связываются в две молекулы воды четырьмя ионами водорода:

NO₃^- + 4H⁺®NO + 2H₂O

Суммарный заряд ионов в левой части схемы равен +3, а правая часть заряженных частиц не содержит. Следовательно, в процессе восстановления принимают участие три электрона:

NO₃^- + 4H⁺ + 3e^- = NO + 2H₂O

Отношение чисел электронов, участвующих в процессах окисления и восстановления, равно 28: 3. Поэтому, суммируя уравнения полуреакций, первое из них умножаем на 3, а второе – на 28:

As₂S₃ + 20H₂O = 2AsO₄^3- + 3SO₄^2- + 40H⁺ + 28e^- 3

NO₃^- + 4H⁺ + 3e^- = NO + 2H₂O 28

3As₂S₃ + 28NO₃^- + 12H⁺ 60H₂O =

6AsO₄^3- + 9SO₄^2- + 28NO + 120H⁺ + 56H₂O

После приведения подобных членов в обеих частях уравнения получаем

3As₂S₃ + 28NO₃^- +4H₂O = 6AsO₄^3- + 9SO₄^2- + 28NO + 8H⁺

или в молекулярной форме:

3As₂S₃ + 28HNO₃ + 4H₂O = 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + 28NO

В тех случаях, когда окислительно-восстановительная реакция происходит не в водной среде, рекомендуется не составлять уравнения полуреакций, а ограничиться подсчетом числа элктронов, принимающих участие в окислении и восстановлении.

 

Задача 2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронно-ионного баланса.

Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между перманганатом калия и сульфитом натрия в среде серной кислоты.

Решение: KMnO₄иNa₂SO₃– сильные электролиты, поэтому в растворе они практически полностью диссоциируют на ионы. Окисляющим началом является анион MnO₄^–, в котором марганец находится в степени окисления +7. В то же время у серы в сульфит-анионе имеется ресурс окисления до сульфат-аниона, поэтому он является восстановителем. Известно, что в кислой среде перманганат-анион восстанавливается до Mn²⁺. Поэтому уравнения полуреакций записываются в виде:

 

2	MnO4– + 8Н+ + 5е Mn2+ + 4 Н2О	восстановление, окислитель KMnO4
5	SО32– + Н2О – 2е SО42– + 2Н+	Окисление, восстановитель Nа2SO3

2MnO₄ ^– + 16Н⁺ + 5SО₃^2– +5Н₂О 2Mn²⁺ + 8 Н₂О + 5SО₄^2– + 10Н⁺

Можно видеть, как пара Н⁺ – Н₂О осуществляет перераспределение кислорода между реагентами и продуктами реакции.

Коэффициенты перед строками уравнений полуреакций отражают требования электронного баланса: количество электронов, принятых окислителем должно быть равно количеству электронов, отданных восстановителем. Суммирование левых и правых частей уравнений реакций с учетом умножения их на указанные коэффициенты дает уравнение окислительно-восстановительной реакции в ионно-молекулярной форме, приведенное под чертой. Сокращение подобных членов в этом уравнении приводит к более компактной его форме

Переход к молекулярной форме приводит к окончательному виду уравнения: Задача 3. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в нейтральной среде.

Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между сульфатом марганца(II) и перманганатом калия.

Решение:Продуктомэтой реакции является MnO₂, следовательно, в роли окислителя выступает анион , а восстановителя – . Составляем уравнение полуреакции, учитывая, что в левой части этих уравнений в качестве перераспределителя кислорода выступает вода.

2	MnO4– + 2Н2О+ 3е MnО2 + 4ОН –	восстановление, окислитель MnO4–
3	Mn2+ + 2Н2О – 2е MnО2+ 4Н+	Окисление, восстановитель Mn2+

2MnO₄ ^– + 10Н₂О+ 3Mn²⁺ 5MnО₂ + 8ОН ^–+ 12Н⁺.

Суммирование левых и правых частей уравнений полуреакций с учетом умножения их строк на приведенные коэффициенты дает ионно-молекулярное уравнение, представленное под чертой. С учетом того, что рекомбинация 8Н ⁺ и 8ОН ^– в правой части этого уравнения дает 8 молекул воды, сокращаем воду в левой и правой частях и получаем уравнение

2MnO₄ ^– + 2Н₂О+ 3Mn²⁺ 5MnО₂ + 4Н⁺.

Переход к молекулярной форме приводит к окончательному виду уравнения: .

Задача 4. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций с участием органических соединений.

Составьте уравнение реакции окисления этилбензола перманганатом калия в нейтральной среде.

Решение: Роль окислителя в этой реакции выполняет перманганат-анион, а восстановителя – этилбензол, . В нейтральной среде перманганат-анион переходит в , а этилбензол деструктивно окисляется до бензойной кислоты и углекислого газа. В этой связи уравнение полуреакций записывается в виде

 

4	MnO4– + 2Н2О+ 3е MnО2 + 4ОН –	восстановление, окислитель MnO4–
1	+ 4Н2О – 12е + + 12Н+	Окисление, восстановитель

4MnO₄ ^– + 12Н₂О+ 4MnО₂ + + + + 12 Н₂О+ 4ОН ^–

Сокращая воду в левой и правой частях полученного уравнения и учитывая взаимодействия

+ ОН ^– + Н₂О

+ 2ОН ^– + Н₂О,

приходим к уравнению

4MnO₄ ^– + 4MnО₂ + + +2Н₂О+ ОН^-

Переходим к молекулярной форме уравнения:

4КМnO₄+ 4MnО₂ + + +2Н₂О+ КОН.

Задача 5. Определение окислительно-восстановительных молярных масс эквивалентов.

Чему равен эквивалент окислителя в реакции ?

Решение. Молярная масса эквивалента окислителя (восстановителя) равна его молярной массе, деленной на число принятых (или отданных) электронов. В приведенной реакции окислителем является (М_r=158, М=158г/моль), а процесс восстановления идет по схеме .

Следовательно, молярная масса эквивалента окислителя равна

(г/моль).

Ответ: 52,66 г/моль.

Задача 6. Определение направления окислительно-восстановитель­ной реакции по величине окислительно-восстановительных потенциалов (Red-Ox-потенциалов).

Возможно ли в качестве окислителя в кислой среде использовать в следующих процессах при стандартных условиях:

а) ;

б) ;

в)

г) .

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы

.

Решение: Для определения направления окислительно-восстановительной реакции необходимо определить ЭДС ( E, ):

,

где – потенциал окислителя; – потенциал восстановителя.

Реакция возможна, если E () >0.

Для выяснения возможности протекания окислительно-восстановитель­ных реакций определяем ЭДС следующих систем:

а)

E=1,33-2,85= -1,52В;

б)

E =1,33-1,36= -0,03В;

в)

E =1,33-1,06= +0,27В;

г)

E =1,33-0,54= +0,79В.

Таким образом, дихромат калия может быть использован в качестве окислителя только для процессов:

.

Задача 7. Определение возможности протекания окислительно-восстановительной реакции по величине изменения энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала).

Определите возможность протекания окислительно-восстановительной реакции

,

если стандартные значения энергии Гиббса равны:

; ;

; .

Решение: Определяем процесса

;

= + – 3 – =

=2(-79,91) + 86,69 – 3(51,84) – (-237,5)=8, 65кДж.

Так как > 0, то протекание данной реакции возможно только в обратном направлении, т.е. Справа налево.

Задача 8. Ряд активности металлов, электродных потенциалов.

Медная пластинка массой 10 г была погружена в раствор нитрата серебра, затем промыта водой и высушена. Масса ее оказалась равной 11,0 г. Сколько серебра из раствора выделилось на пластинке?

Решение: Для решения этой задачи необходимо знать стандартные электродные потенциалы металлов, т.е. место их в ряду напряжений (ряду активности металлов Бекетова).

= +0.34 В; = +0.80 В.

Из этих положительных потенциалов стандартный электродный потенциал меди менее положителен, следовательно, пойдёт реакция вытеснения:

Для того чтобы вычислить количество серебра, выделившегося на медной пластинке, надо помнить, что медная пластинка в этой реакции и сама растворяется, теряя в массе.

Обозначим количество растворившейся меди через x г, тогда масса медной пластинки с учётом её растворения будет (10-х) г, масса выделившегося серебра на основе реакции:

64,0 г Cu – 2 ∙ 108 г Ag

х г Cu – (1+х) г Ag

216х =64+64х, 152x=64, x=0,42 г.

Таким образом, в течение реакции растворилось 0,42 г меди и выделилось 1,0 + 0,42 = 1,42 г серебра.

Ответ: 1,42г

Задача 9. Работа гальванического элемента и расчёт ЭДС.

Напишите уравнения реакций, происходящих при работе гальванического элемента, состоящего из цинковой и серебряной пластин, опущенных в растворы своих солей с концентрацией катионов, равной 1 моль/л.

Решение: Стандартные электродные потенциалы цинкового и серебряного электродов соответственно равны:

= –0,76 В; = +0,80 В.

Металл, имеющий более отрицательное значение электродного потенциала при работе гальваничеcкого элемента, является анодом. В данном случае протекают реакции:

т.е. цинк, являясь анодом, растворяется при работе гальваничеcкого элемента, а серебро осаждается в виде металла на катоде. ЭДС гальванического элемента равна

= – = +0,8 – (–0,76) =1,56 В.

Ответ: 1,56 В

 

Задача 10. Зависимость электродных процессов от концентрации.

Рассчитайте, чему равна ЭДС элемента, составленного из медной и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей, если концентрация катиона у анода равна 0,1 моль/л, а у катода – 0,001 моль/л.

Решение: Стандартные электродные потенциалы магниевого и медного электродов соответственно равны:

= –2,38 В; = +0.34 В.

Следовательно, анодом будет магниевый электрод, катодом – медный. Электродный потенциал металла, опущенного в раствор с любой концентрацией катиона в растворе, определяют по формуле Нернста:

,

где: с – концентрация катиона, моль/л;

п – число электронов, принимающих участие в реакции.

Отсюда потенциал магниевого электрода

= –2,38 + lg10^–1 = –2,38 + 0,029(–1) = –2,409 В.

Потенциал медного электрода

= +0,34 + lg10^–3 = +0,34 + 0,029(–3) = +0,253 В.

Тогда для гальванического элемента

= +0,253–(–,409)=2,662В.

Ответ: 2,662 В

 

Задача 11. Определение возможности протекания реакции в гальваническом элементе.

Исходя из величины стандартных электродных потенциалов и значения энергии Гиббса ΔG^о₂₉₈, укажите, можно ли в гальваническом элементе осуществить следующую реакцию:

Fe⁰ + Cd²⁺= Fe²⁺ + Cd⁰.

Решение: Надо составить схему гальванического элемента, отвечающего данной реакции. В этой реакции происходит восстановление ионов кадмия и окисление атомов железа:

Fe ⁰ – 2е = Fe ²⁺

Cd ²⁺ + 2е = Cd ⁰.

Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, определяем ЭДС этого гальваничекого элемента:

= –0,40– (–0,44)=0,04 В.

Изменение величины энергии Гиббса с величиной ЭДС связано соотношением:

= – nF ,

где: – изменение величины энергии Гиббса;

n – число электронов, принимающих участие в реакции;

F –число Фарадея;

– ЭДС гальванического элемента.

Находим = –2∙96500∙0,04= – 7720 Дж.

Так как >0, <0, следовательно, данную реакцию можно осуществить в гальваническом элементе. Реакция в прямом направлении идёт самопроизвольно.

Ответ: - 7720 Дж

Задача 12. Расчет количества вещества, выделившегося при электролизе

Какая масса меди осаждается на катоде при прохождении тока силой 2 А через раствор медного купороса в течение 15 минут?

Решение: Сначала нужно узнать количество электричества, прошедшее через раствор, выразив его в кулонах (1Кл=А ^. с). Количество электричества Q=I =2 ^. 15 ^. 60=1800 Кл. Молярная масса эквивалента меди (II) равна 64,0/2=32 г/моль. Следовательно:

96500 Кл – 32 г

1800 Кл – m(х), г

Ответ: 0,60 г

 

Задача 13. Ток силой 6А пропускали через водный раствор серной кислоты в течение 1,5 ч. Вычислите массу разложившейся воды и объем выделившихся газов (н.у.). Составьте схему электролиза:

Решение: H₂SO₄® 2H⁺ + SO₄^2-

K (-)	A (+)
2H+	SO42-
H2O	H2O
2H+ + 2e-® H2	2H2O– 4e ® O2 + 2OH-

 

m_H2O = (Mэ× I × t) / F = 8 × 6 × 5400) / 96500 = 3,02г.

V_H2 = (V_эквН2 × I × t) / F = (11,2 × 6 × 5400) / 96500 = 3,76л.

V_O2 = (V_{экв О2} ×I×t) / F = (5,6 × 6 × 5400) / 96500 = 1,88л.

 

Задача 14. Определение электрохимического эквивалента и выхода по току.

При электролизе водного раствора AgNO₃ в течение 50 минут при силе тока 3А выделилось 9,6 г серебра. Электролиз проводился с растворимым анодом. Напишите уравнение реакций катодного и анодного процессов и определите электрохимический эквивалент серебра в г/Кл и г/А^.ч и выход по току.

Решение: Нитрат серебра диссоциирует:

Процессы, протекающие на электродах:

Молярная масса эквивалента Ag^О =108 г/моль.

Определяем массу серебра, которая выделилась бы теоретически при прохождении через раствор данного количества электричества:

Выход по току

Электрохимический эквивалент

 

Варианты контрольных заданий

Вариант 1

1. Дайте определение понятию «степень окисления». Определите степень окисления хрома в следующих соединениях: K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄, NaCrO₂, CrO₃, Na[Cr(OH)₄].

2. Пользуясь методом электронного баланса, подберите коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции: K₂Cr₂O₇ + SO₂ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O. Вычислите молярную массу эквивалента окислителя.

3. При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. Выделилось 2 г кадмия. Чему равна молярная масса эквивалента кадмия?

Вариант 2

1. Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями межмолекулярного окисления-восстановления? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента восстановителя.

2. Реакциявыражаетсясхемой: K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ → S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

Составьте электронное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Гальванический элемент составлен из железных и медных нормальных электродов. Запишите схему элемента (цепь) в ионной форме. Укажите электрод-окислитель и электрод-восстановитель. Обозначьте знаки полюсов и направление потока электронов во внешней цепи.

Вариант 3

1. Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента окислителя.

2. Реакции выражаются схемами: а) KClO₃ + Na₂SO₃ → KCl + Na₂SO₄; б) KMnO₄ + HBr → Br₂ + KBr + MnBr₂ + H₂O. Составьте электронно-ионные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде?

Вариант 4

1. Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями диспропорционирования? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента окислителя.

2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) PH₃ и HBr; б) K₂Cr₂O₇ и H₃PO₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: AsH₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O.

3. Составьте химические цепи следующих компонентов:

а) .

Вариант 5

1.Объясните понятия: «окислитель, восстановитель, процесс окисления, процесс восстановления». Приведите примеры. Как определяется эквивалент и молярная масса эквивалента окислителя и восстановителя?

2.Реакции выражаются схемами: а)P+ HClO₃ + H₂O → H₃PO₄ + HCl; б) H₃AsO₃ +KMnO₄ →H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O. Составьте электронно-ионные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите окислитель, восстановитель, процесс окисления и процесс восстановления.

3. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующим гальваническим цепям, и укажите окислители и восстановители:

а) ; б) ;

Вариант 6

1. Дайте определение понятию «степень окисления». Определите степень окисления азота в следующих соединениях: KNO₃, KNO₂, NH₃, N₂O₃, (NH₄)₂S, N₂O₅.

2. Реакции выражаются схемами: а ) NaCrO₂ + Br₂ + NaOH → Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O;б) FeS + HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O. Составьте электронно-ионные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

Вариант 7

1.Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями межмолекулярного окисления-восстановления? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента окислителя.

2. Реакция выражается схемой: HNO₃ + Zn → N₂O + Zn(NO₃)₂ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите окислитель, восстановитель, процесс окисления и процесс восстановления.

3. Приведите примеры записей в молекулярной форме двух гальванических элементов, в одном из которых медь играла бы роль положительного полюса, а в другом – отрицательного.

Вариант 8

1. Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента восстановителя.

2.Реакции выражаются схемами: а) K₂Cr₂O₇ + HCl → Cl₂ + CrCl₃ + KCl +H₂O;б) Au + HNO₃ + HCl → AuCl₃ + NO + H₂O. Составьте электронно-ионные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Укажите знаки полюсов, направление потока электронов и ЭДС следующей цепи ( - степень диссоциации):

Вариант 9

1.Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям. Какие реакции называются реакциями диспропорционирования? Приведите пример. Определите в данной реакции молярную массу эквивалента восстановителя.

2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) NH₃ и KMnO₄; б ) HNO₂ и HI; в) HCl и H₂Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O.

3. Гальваническая цепь составлена из нормального водородного электрода и свинцового электрода, погружённого в насыщенный раствор сульфата свинца. . Найдите величину электродного потенциала . Запишите цепь, укажите знаки полюсов, а также отметьте направление потока электронов. Вычислите ЭДС цепи.

Вариант 10

1. Объясните понятия: «окислитель, восстановитель, процесс окисления, процессвосстановления». Приведите примеры.

2. Реакция выражается схемой: I₂ + Cl₂ + H₂O → HIO₃ + HCl. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите окислитель, восстановитель, процесс окисления и процесс восстановления.

3. Укажите направление электрического тока (т.е. направление перемещения положительных зарядов) во внешней и внутренней цепях следующих гальванических элементов:

а) ;

б) ;

Вариант 11

1. Как рассчитать молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя?

2. Вычислите электродный потенциал , если .

3. Реакция выражаются схемой: HCl + CrO₃ → Cl₂ + CrCl₃ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

Вариант 12

1. Каким условиям удовлетворяет стандартный водородный электрод?

2. Реакция выражается схемой: Cd + KMnO₄ + H₂SO₄ → CdSO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Гальванический элемент даёт ток силой 4 а. Сколько алюминия окислится и сколько восстановится за 15 сек работы элемента (в мг)?

Вариант 13

1. Назовите методы составления окислительно – восстановительных реакций.

2. Реакция выражается схемой: FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + KCl +H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите окислитель, восстановитель, процесс окисления и процесс восстановления.

3. Как должна быть составлена гальваническая цепь для того, чтобы осуществить электрохимическим путём следующую реакцию:

;

Укажите: а) электрод – восстановитель и электрод – окислитель; б) знаки полюсов и в) направление перемещения электронов по внешней цепи.

Вариант 14

1. Как производится ЭДС гальванического элемента?

2. Реакция выражается схемой: K₂Cr₂O₇ + H₃PO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₂ + H₃PO₄ + K₂SO₄ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в реакции. Для реакции укажите окислитель, восстановитель, процесс окисления и процесс восстановления.

3. Как должна быть составлена гальваническая цепь для того, чтобы осуществить электрохимическим путём следующую реакцию:

;

Укажите: а) электрод – восстановитель и электрод – окислитель; б) знаки полюсов и в) направление перемещения электронов по внешней цепи.

Вариант 15

1. Какие процессы протекают на аноде и катоде при электролизе?

2. Реакция выражаются схемой: HCl + CrO₃ → Cl₂ + CrCl₃ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе раствора KBr. Какая масса вещества выделяется на катоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А?

Вариант 16

1. Какие два типа анодных электродов Вы знаете?

2. Реакция выражаются схемой: Cd + KMnO₄ + H₂SO₄ → CdSO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O. Составьте электронно-ионное уравнение. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

3. Электролиз раствора Na₂SO₄ проводили в течение 5 ч при силе тока 7А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

Вариант 17

1. Как можно выяснить степень (глубину) протекания реакции?

2. Отметьте электродные потенциалы, укажите знаки полюсов и вычислите ЭДС химических цепей, составленных из стандартных электродов:

а) ;

3. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора Na₂SO₄. Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1,12 л газа (н.у.). Какая масса H₂SO₄ образуется при этом возле анода?

Вариант 18

1. Почему ЭДС может быть только положительной величиной, если реакция идет в прямом направлении?

2. Определите величины потенциалов водородного электрода при следующих значениях (в моль/л): 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001; 0,00001.

3. При электролизе растворов MgSO₄ и ZnCl₂, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде; на анодах?

Вариант 19

1. Что называется степенью окисления? Правила для степеней окисления.

2. Укажите тип каждой из следующих окислительно-восстановительных реакций:

а) CuO + NH₃ → N ₂+ Cu + H₂O

б) Na₂SO₃ → Na₂SO₄ + Na₂S

в) H₂SO₃ + H₂S → S + H₂O

3. Электролиз раствора K₂SO₄ проводили при силе тока 5А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

Вариант 20

1. Основные положения электронной теории окислительно – восстановительных реакций.

2. Укажите тип каждой из следующих окислительно-восстановительных реакций:

а) KClO₃ →KCl + KClO₄;

б) NH₄NO₃→ N₂O + H₂O;

в) Fe + Cl₂→FeCl₃

3. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде?

Вариант 21

1. Какой электрод в гальваническом элементе – восстановитель, какой – окислитель?

2. Методом электронного баланса подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций:

а) Cl₂ + KOH → KCl + KClO + H₂O

б) KClO₃ + S→ KCl + SO₂

3.При работе гальванического элемента цинковый электрод вследствие окисления металла по уравнению потерял в массе 10 мг . Вычислите, какое количество электричества в кулонах протекло при этом по внешней цепи гальванического элемента.

Вариант 22

1. Каким условиям удовлетворяет стандартный водородный электрод?

2. В каких из приведённых ниже уравнений реакций соединения железа являются окислителями, в каких – восстановителями:

а) Fe₂O₃+ 3H₂ = 2Fe+ 3H₂O

б) FeSO₄ + Mg = MgSO₄ + Fe

3. Вычислите ЭДС следующих гальванических цепей:

а) ;

б) ;

Вариант 23

1. Как производится расчет ЭДС гальванического элемента?

2. В каких из приведённых ниже веществ сера может проявлять только восстановительные свойства, только окислительные, те и другие: S, H₂S, SO₃, K₂SO₄, K₂S, SO₂, H₂SO₄? Почему?

3. Гальванические цепи, представленные ниже в молекулярной форме, запишите в ионной форме:

а) ; б) ;

Вариант 24

1. Что такое стандартный электродный потенциал?

2. Подберите коэффициенты в схемах следующих окислительно-восстановительных реакций, методом электронного баланса:

а) Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O→Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

б) KNO₂ + KMnO₄+H₂SO₄→ KNO₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

3. Электролиз раствора CuSO₄ проводится в течение 15 минут при силе тока 2,5 А. Выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродахв случае медного и угольного анодов. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной).

Вариант 25

1 Основные окислители и восстановители.

2. Методом электронного баланса составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, которые протекают по схемам:

а) KMnO₄ + H₂S + HCl→ MnCl₂ + S + KCl + H₂O

б) KClO₃ + FeCl₂ + HCl→ FeCl₃ + KCl + H₂O

3. Имеются гальванические цепи:

а) ;

б) ;

Для каждой из этих цепей укажите:

1) окислитель (акцептор электронов) и восстановитель (донор электронов);

2) электрод-окислитель и электрод-восстановитель;

3) положительный и отрицательный полюсы гальванического элемента;

4) направление потока электронов по внешней цепи.

Вариант 26

1. Какой процесс называется окислением и восстановлением?

2. Используя метод электронного баланса, подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций. Укажите, в каких реакциях пероксид водорода Н₂О₂ окислитель, в каких – восстановитель:

а) H₂O₂ + HI→ I₂ + H₂O

б) H₂O₂ + HIO₃ → I₂ + O₂ + H₂O

3. При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла.

Вариант 27

1. Как рассчитать молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя?

2. Допишите схемы реакций, подберите коэффициенты методом электронного баланса, укажите восстановитель и окислитель:

а) K₂Cr₂O₇ + SO₂ + H₂SO₄→ K₂SO₄ +… +

б) K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄→ S +…+

3. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора CuCl₂. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).

Вариант 28

1. Методы составления окислительно – восстановительных реакций.

2. Потенциал электрода неизвестной концентрации равен – 118 мв. Определите нормальность раствора соляной кислоты.

3. Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде?

Вариант 29

1. Приведите формулы и названия: а) важнейших веществ-окислителей, б) важнейших веществ-восстановителей.

2. Запишите в ионной форме гальванические цепи для определения электродных потенциалов металлов по водородному электроду: а) цинка; б) кобальта. Для каждой из этих цепей укажите положительный и отрицательный полюсы, а также направление потока электронов по металлическому проводнику, образующему внешнюю цепь гальванического элемента.

3. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока.

Вариант 30

1. Какие вещества могут выступать в роли: а) только окислителей, б) только восстановителей? Какие вещества могут проявлять окислительно-восстановительную двойственность? Приведите примеры.

2. Вычислите ЭДС следующих гальванических цепей:

а) ;

б) ;

3. При электролизе соли некоторого металла в течение 1,5 ч при силе тока 1,8А на катоде выделилось 1,75 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Вопросы, на которые необходимо обратить внимание при изучении темы (по лекционному материалу и рекомендуемой литературе):

Комплексные соединения и их получение. Строение и свойства комплексных соединений. Координационная теория Вернера. Номенклатура, изомерия комплексных соединений. Комплексообразование в растворах. Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости и константа устойчивости. Химическая связь в комплексных соединениях (метод ВС, теория кристаллического поля). Типы реакций комплексных соединений.

Вопросы темы, выносимые для самостоятельного изучения (сделать краткий конспект):

Химическая связь в комплексных соединениях (метод ВС, теория кристаллического поля). Типы реакций комплексных соединений. Биологическая роль комплексных соединений. Значение комплексных соединений в биохимии клетки и бионеорганической химии.