Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

1. Электронный баланс - метод нахождения коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, в котором рассматривается обмен электронами между атомами элементов, изменяющих свою степень окисления. Число электронов, отданное восстановителем равно числу электронов, получаемых окислителем.

 

2. Электронно-ионный баланс (метод полуреакций) метод нахождения коэффициентов, в котором рассматривается обмен электронами между ионами в растворе с учетом характера среды:

 

 

2Cl1- – 2ē ®	Cl20		5
MnO41- + 8H+	+ 5ē ®	Mn2+ + 4H2O	2
7+		2+

–––––––––––––––––––––––––––

10Cl^- + 2MnO₄^1- + 16H⁺ ® 5Cl₂⁰­ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

(для уравнивания ионной полуреакции используют H⁺, OH^- или воду)

 

Типичные реакции окисления-восстановления.

1.Реакции с участием перманганата калия в качестве окислителя.

При взаимодействии перманганата калия с восстановителем образуются различные продукты восстановления в зависимости от pH среды.

Реакции в кислой среде.

5K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ ® 6K₂S⁺⁶O₄ + 2Mn⁺²SO₄ + 3H₂O

MnO4- + 8H+ + 5ē ® Mn2+ + 4H2O	2
SO32- + H2O – 2ē ® SO42- + 2H+	5

–––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO₄^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂O ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO₄^2- + 10H⁺

или 2MnO₄^- + 6H⁺ + 5SO₃^2- ® 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO₄^2-

Реакции в нейтральной среде

3K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + H₂O ® 3K₂S⁺⁶O₄ +2Mn⁺⁴O₂¯ + 2KOH

MnO41- + 2H2O + 3ē ® MnO2 + 4OH-		2
	SO32- + 2OH- - 2ē ® SO42- + H2O	3

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₃^2- + 6OH^- ® 2MnO₂ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 3H₂O

или 2MnO₄^- + H₂O + 3SO₃^2- ® 2MnO₂ + 2OH^- + 3SO₄^2-

 

Реакции в щелочной среде.

K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 2KOH ® K₂S⁺⁶O₄ +2K₂Mn⁺⁶O₄ + H₂O

 

SO32- + 2OH- - 2ē ® SO42- + H2O	1
MnO41- + ē ® MnO42-	2

–––––––––––––––––––––––––––––––––

SO₃^2- + 2OH^- + 2MnO₄^- ® SO₄^2- + H₂O + 2MnO₄^2-

2.Реакции с дихроматом калия в качестве окислителя

Степень окисления хрома понижается с +6 до +3.

1.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 3H₂S^-2 + 4H₂SO₄ ® K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 3S⁰¯ + 7H₂O

 

Cr2O72- + 14H+ + 6ē ® 2Cr3+ + 7H2O		1
	H2S0 - 2ē ® S0 + 2H+	3

––––––––––––––––––––––––––––––––––

Cr₂O₇^2- + 8H⁺ + 3H₂S ® 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3S⁰

 

2.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 6Fe⁺²SO₄ + 7H₂SO₄ ® 3Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 7H₂O

 

Cr2O72- + 14H+ + 6ē ® 2Cr3+ + 7H2O	1
Fe2+ - ē ® Fe3+	6

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ ® 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

 

3.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 14HCl^-1 ® 3Cl₂⁰­ + 2KCl + 2Cr⁺³Cl₃ + 7H₂O

 

Cr2O72- + 14H+ + 6ē ® 2Cr3+ + 7H2O	1
2Cl1- - 2ē ® Cl20	3

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 14H⁺ ® 2Cr³⁺ + 3Cl₂⁰ + 7H₂O

 

3.Пероксид водорода в окислительно-восстановительных реакциях

Обычно пероксид водорода используют как окислитель:

H₂O₂ + 2HI^-1 ® I₂⁰ + 2H₂O

 

2I- - 2ē ® I20	1
H2O2 + 2H+ + 2ē ® 2H2O	1

––––––––––––––––––––––

2I^- + H₂O₂ + 2H⁺ ® I₂ + 2H₂O

При действии сильных окислителей пероксид водорода может окисляться, образуя кислород и воду.

5H₂O₂ + 2KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ ® 5O₂⁰­ + K₂SO₄ + 2Mn²⁺SO₄ + 8H₂O

 

MnO4- + 8H+ + 5ē ® Mn2+ + 4H2O	2
H2O2 - 2ē ® O2 + 2H+	5

–––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO₄^- + 5H₂O₂ + 16H⁺ ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂ + 10H⁺

или 2MnO₄^- + 5H₂O₂ + 6H⁺ ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂

 

Лабораторная работа.

«Качественные раекции на анионы 1-3 групп»

І группа анионов.

1. Действие группового реактива на анионы І группы BaCl₂.

В пять пробирок налить по 2-3 капли растворов солей анионов: S0₄^2-, S₂0₃^2-, C0₃^2- и прибавить в каждую пробирку во 2 капли раствора BaCl_2. К полученным осадкам прибавить при перемешивании по 3-4 капли 2М хлороводородной кислоты и сделать вывод о растворимости осадков.

 

РЕАКЦИИ СУЛЬФАТ-ИОНА SO₄^2-

1. Действие ионов - Са^{2 +}.

Са²⁺ + S0₄^2-                СаS0₄         

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 2 -3 каплям раствора соли Na₂SО₄ прибавить 3 капли раствора соли Са²⁺. Выпавший осадок поместить на предметное стекло и рассмотреть кристаллы.    

 

РЕАКЦИИ СУЛЬФИТ - ИОНОВ SO₃^2-.

1. Действие окислителей (KMnO₄).

5K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ ® 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ        

К 2-3 каплям раствора перманганата калия прибавить 3-4 капли 1М раствора серной кислоты и по каплям добавить раствор Na₂SO₃ до обесвечивания реакционной смеси.

РЕАКЦИИ ТИОСУЛЬФАТ – ИОНА S₂O₃^2-

 

1. Реакция с HCl.

S₂O₃²⁻ + 2H⁺ → S + SO₂ + H₂O

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

       К 2- 3 каплям раствора тиосульфата натрия прибавить 2 капли 2 М раствора хлороводородной кислоты. Написать, что наблюдается и уравнение реакции.

2.Действие окислителей

2S₂O₃²⁻ + I₂ → S₄O₆²⁻ + 2I⁻

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

В одну пробирку к 2-3 каплям раствора I₂  прибавить 2-3 капли раствора тиосульфата натрия, в другую пробирку также к 2-3 каплям раствора перманганата калия прибавить 2 капли 1 М раствора серной кислоты и 3-4 капли раствора тиосульфата натрия. Опишите наблюдения и составьте уравнения реакций.

3. Реакция с AgNO₃.

Ag⁺ + 2S₂O₃²⁻ → [Ag(S₂O₃)₂]³⁻

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 3 каплям раствора нитрата серебра прибавить 2 кали раствора тиосульфата натрия до образования осадка, а затем добавить избыток того же тиосульфата до растворения осадка.

           

РЕАКЦИИ КАРБОНАТ – ИОНА CO₃^{2 --}.

1, Реакции с кислотами.

Na₂C0₃+2HCl=2NaCl+H₂0+CO₂

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

В пробирку с газоотводной трубки поместить 10 капель раствора Na₂C0₃ и равный объем 2М раствора HCl. Выделившейся газ пропустить через газоотводную трубку в другую пробирку с известковой водой. Что наблюдается?

2.Реакция с AgN0₃.

AgN0₃ + Na₂C0₃ = 2NaN0₃ + Ag₂C0₃

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 2-3 каплям раствора карбоната натрия прибавить 2 капли раствора нитрата серебра. Полученный осадок исследвать на растворимость в азотной кислоте.

 

РЕАКЦИИ ФОСФАТ – ИОНЫ P0₄^3-.

 

1. Реакция с магнезильной смесью. (MgCl₂ + NH₄0 H + NH₄ Cl). Реакция фармокопейная.

Реакция протекает по уравнению:

                   Na₂HP0₄ + MgCl₂ + NH₄0H ↔ MgNH₄P0₄ ↓ + 2 NaCl + H₂0

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 2 -3 каплям раствора MgCl₂ прибавить 2-3 капли раствора NH₄0H, образовавшийся осадок Mg(0H)₂ растворить в NH₄Cl прибавляя его по каплям. Полученную смесь нагреть на водяной бане и прибавить раствор Na₂HPO₄ до получения осадка. Что наблюдается?

2. Действие молибденовой жидкости (смесь (NH₄)₂ Mo0₄ c HN0₃)

При реакции данного реактива с фосфат – ионами образуется желтый кристаллический осадок фосформолибдата аммония.

Na₃P0₄ + 3 NH₄Cl +12(NH₄)₂Mo0₄ + 24HN0₃ → (NH₄)₃H₄[P(Mo₂0₇)₆↓ +

 24 NH₄N0₃ + + 3 NACl + 10 H₂O

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 5 каплям подогретой молибденовой жидкости постепенно при перемешивании добавить 2 капли раствора фосфата и гидрофосфата натрия.

ІІ группа анионов.

1.Действие группового реактива на анионы II группы AgNO₃

Нитрат серебра осаждает анионы II группы в виде галогенидов серебра AgCl – белого цвета, AgBr – желтовато – белого цвета, AgI – желтого цвета. Осадки не раствораяются в азотной кислоте. Хорошо растворяется в концентрированном растворе аммиака AgCl с образованием белого комплекса диамина серебра [Ag(NH₃)₂]Cl. AgBr с трудом растворяется в аммиаке, а AgI вообще не растворяется в аммиаке.

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

В три пробирки поместить по 3-4 капли растворов NaCl, KBr иК1, прибавить по 3 капли раствора нитрата серебра. Выпавшие осадки испытать на растворимость в азотной кислоте и в концентрированном аммиаке. Написать уравнения реакций.

 

РЕАКЦИИ ХЛОРИД-ИОНА.      

 

1 Действие окислителей.

       Сильные окислители (КМп0₄,К₂Сг₂0₇,КС10₃, Мп0₂) в кислой среде окисляют ионы С1- до свободного хлора С1₂:       

                   2 KCI + MnO₂ + 2 H₂SO₄ → Сl₂ ↑ + K₂S0₄ +MnS0₄ + 2 H₂O

Выделение хлора можно обнаружить по запаху или по посинению иодкрахмальной бумажки.

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 5 каплям раствора КСl прибавить 3 капли конц. серной кислоты, немного твердого Мп0₂ и нагреть под тягой. Определить C1₂ помощью иодкрахмальной бумажки.

      

РЕАКЦИИ БРОМИД-ИОНА.

I. Действие окислителей.

Окислители – КМп0₄,Мп0₂, С1₂ и др.в кислой среде способны окислять бромид- ионы до свободного брома, который хорошо растворяется в хлороформе, окрашивая его в оранжевый цвет. Реакция фармакопейная.

С1₂ + 2 Вг^- → 2 С1^- + Вг₂

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 5 каплям раствора бромида натрия прибавить 1мл хлороформа,

2 капли 2М серной кислоты и затем по каплям, при встряхивании,2-3 капли хлорной воды. Наблюдается окрашивание слоя хлороформа.

       Выделение свободного брома можно также обнаружить по реакции с флюоресцеином, который, взаимодействуя с парами брома, превращается в тетра – бромфлюоресцеин (эозин) красного цвета.

 

РЕАКЦИИ ИОДИД - ИОНА.

 

1.Действие окислителей. Реакция фармакопейная.

Окислители легче, окисляют иодид-ионы до свободного иода, чем хлорид и бромид- ионы, что облегчает определение иодид - иона в присутствии других галогенидов. Чаще всего, в этом случае для окисления используют хлорную воду. В первую очередь окисляются I^- - ионы и свободный I₂ окрашивает слой органического растворителя (бензол, толуол) в малиновый цвет.        

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 3 каплям раствора иодида калия прибавить 4 капли 2М раствора серной кислоты, 6 капель органического растворителя и по каплям при интенсивном встряхивании хлорную воду. Наблюдать окрашивание раствора 

Написать уравнения реакции

 

2. Реакции с солями свинца Нитрат или ацетат свинца (II) из растворов иодида осаждает желтый иодид свинца, который хорошо растворяется в горячей воде. При охлаждении полученного раствора Рbl₂ выделяется в виде золотистых чешуек.

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 5 каплям раствора иодита калия прибавить столько же раствора соли свинца(II). К образующемуся желтому осадку прибавить около 2 мл воды,3 капли уксусной кислоты и нагреть смесь до полного растворения осадка. Полученный раствор охладить и наблюдать выпадение золотистых чешуек иодида свинца. Написатъ уравнение реакции.

Ш группа анионов.

 

В отличии от анионов 1 и II группы, анионы Ш группы с катионами серебра и бария образуют растворимые в воде соли. Группового реактива для анионов третьей группы нет.

 

РЕАКЦИИ НИТРАТ - ИОНОВ.

 

1. Действие дифениламина (C₆Н₅)₂NH. Реакция фармокопейная.

       Дифениламин в кислой среде окисляется N0₃^- ионами до хиноидного соединения синего цвета. Нитрит - ионы NO^-₂, ионы хромата –Сr0₄^2-  и некоторые другие окислители также дают синее окрашивание, что надо иметь в виду при разделении смесей анионов.

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

К 3-4 каплям дифениламина в концентрированной серной кислоте прибавить 1-2 капли раствора нитрата.

 

РЕАКЦИИ АЦЕТАТ - ИОНОВ (СН3СОО^-)

1.Действие сильных кислот.

       При действии сильных кислот на соли уксусной кислоты выделяется свободная уксусная кислота, обладающая характерным запахом.

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ

В пробирку поместить 5 капель раствора ацетата натрия и столько же капель 1 М серной кислоты, перемешать и слегка подогреть. Образование уксусной кислота проверить по запаху.