WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

«ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ Издательство Московского университета Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Химический факультет ФАКУЛЬТЕТ НАУК О ...»

-- [ Страница 1 ] --

И.В. Морозов, А.И. Болталин, Е.В. Карпова

ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ

ПРОЦЕССЫ

Издательство

Московского университета

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Химический факультет

ФАКУЛЬТЕТ НАУК О МАТЕРИАЛАХ

И.В. Морозов, А.И. Болталин, Е.В. Карпова

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ

ПРОЦЕССЫ

Учебное пособие для студентов I курса Утверждено методической комиссией кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Утверждено методической комиссией факультета наук о материалах МГУ Издательство Московского университета УДК 546; 541. ББК 24. М Рецензенты профессор А.В. Шевельков (химический фак-т МГУ) доцент М.Е. Тамм (химический фак-т МГУ) Морозов И.В., Болталин А.И., Карпова Е.В.

М 80 Окислительно-восстановительные процессы. Учебное пособие – М.: Издательство Московского университета, 2003. – 79 с.

ISBN 5-211-06008- Настоящее пособие составлено в соответствии с учебной программой по неорганической химии для студентов первого курса химического факультета МГУ.

В пособии представлены основные положения теории окислительно-восстановительных процессов; разобраны примеры решения различных задач неорганической химии с использованием теории ОВР.

ISBN 5-211-06008-3 © Морозов И.В., Болталин А.И., Карпова Е.В., СОДЕРЖАНИЕ стр Окислительно-восстановительные реакции (ОВР).

1.

Основные понятия и определения..……….………………… 2. Методы уравнивания ОВР..………………………………….. 2.1. Метод электронного баланса.…………………………… 2.2. Метод электронно-ионного баланса.…………………… 2.3. Уравнивание ОВР в расплавах кислородсодержащих солей.……………………………………… 2.4. Уравнивание ОВР с участием органических веществ………………....……………………………………... 3. Количественные характеристики ОВР. Проведение ОВР в электрохимической цепи....………………………………….. 3.1. Устройство электрохимической цепи. Терминология…… 3.2. Измерение ЭДС цепи. Работа электрохимической цепи...…………………………………………………………. 3.3. Связь Аэ/х и G реакции (Е и G)……………………... 3.4. Стандартный водородный электрод (СВЭ)……………. 3.5. Стандартные электродные потенциалы (СЭП)………… 3.6. Нахождение Е° как разности стандартных электродных потенциалов……….……………………...…… 4. Вычисления со стандартными электродными потенциалами………………………………………………… 4.1. Вычисление G° и К ОВР……………………………… 4.2. Степень протекания ОВР……………………………….. 4.3. Вычисление стандартных электродных потенциалов 4.4. Диаграммы Латимера (потенциальные диаграммы)…. 4.5. Диаграммы вольтэквивалент – степень окисления 5. Уравнение Нернста и его применение………………………. 5.1. Вывод уравнения Нернста из уравнения изотермы химической реакции…………………………………………..

5.2. Расчёт реальных потенциалов E Ox/Red и E ……….…... 5.4. Устойчивость веществ в водном растворе……………... 5.5. Диаграммы Е – рН (диаграммы Пурбе). Построение и 6. Решение расчётных задач с участием ОВР…...…………….. 10. Стандартные потенциалы систем в водных растворах Среди разнообразных процессов и явлений, протекающих в окружающем нас мире, важное место занимают окислительновосстановительные реакции. Например, такие жизненно важные процессы, как дыхание и фотосинтез включают стадии окисления и восстановления. Процессы сжигания обеспечивают основную часть энергопотребления человечества и работу транспорта. Химическая энергетика, металлургия, разнообразные процессы химической промышленности, включая электролиз, – вот неполный перечень тех областей, где окислительно-восстановительные реакции (ОВР) играют ключевую роль.

Без изучения ОВР невозможно понять современную неорганическую химию. Данное учебно-методическое пособие призвано помочь студентам в освоении основных положений теории ОВР и приобретении навыков решения разнообразных задач с их участием, начиная от уравнивания ОВР, расчёта стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, и заканчивая комбинированными задачами, в которых необходимо учитывать влияние на электродные потенциалы таких факторов, как изменение pH водного раствора, комплексообразование, образование нерастворимых соединений.

В настоящее время широко применяются графические способы представления химии окислительно-восстановительных состояний элемента. Это диаграммы Латимера, диаграммы Фроста и диаграммы Пурбе (E – pH). В сборнике представлены основные способы их построения, приведены примеры использования.

В методическое пособие вошло много разобранных примеров и задач, которые помогут глубже понять изучаемый материал.

Настоящее пособие составлено в соответствии с программой “Курс неорганической химии для университетов” (Мартыненко Л.И., Григорьев А.Н., под ред. акад. Третьякова Ю.Д., М.: МГУ, 1998).

При составлении пособия авторы использовали материалы, представленные в ранее издававшемся на кафедре “Учебном пособии по неорганической химии для студентов I курса” (издание второе, вып. 4, 1993 г).

Составители пособия выражают благодарность профессору кафедры электрохимии Г.А.Цирлиной, и сотрудникам кафедры неорганической химии доцентам Е.И.Ардашниковой, Ф.М.Спиридонову, М.Е.Тамм и профессору А.В.Шевелькову за внимательное прочтение рукописи и высказанные замечания и предложения по её улучшению.

1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР).



Основные понятия и определения.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это такие химические реакции, в которых происходит передача электронов от одних частиц (атомов, молекул, ионов) к другим, в результате чего степень окисления атомов, входящих в состав этих частиц, изменяется.

Наличие атомов, у которых в ходе реакции изменяется степень окисления - характерный признак ОВР.

Степень окисления (СО) – формальный заряд, который можно приписать атому, входящему в состав какой-либо частицы (молекулы, иона), исходя из предположения о чисто ионном характере связи в данной частице (частица состоит из ионизированных атомов).

Следует помнить, что величина СО выражается не в кулонах, а в количестве отданных (принятых) электронов. Заряд одного электрона равен –1.6021810-19Кл.

Правила расчета степени окисления (СО) (при их использовании предпочтение отдаётся правилу с меньшим номером).

1. Сумма СО всех атомов в частице равна заряду этой частицы (в простых веществах СО всех атомов равна 0).

2. В соединениях с ионным и ковалентно-полярным характером связи более электроотрицательным атомам соответствует более низкая СО. В бинарных ионных соединениях, атомы Таблица 1. Характерные СО для неметалла, как правило, некоторых элементов.

3. Атомы, приведённые в таблице 1, в большинстве проявляют постоянную СО.

располагается в таблице выше. Например, в CaO2: СО(Сa)= +2, СО(О)= -1.

4. Максимальная СО равна номеру группы (для короткопериодного варианта периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева), за исключением ряда элементов, входящих в VIIIБ и IБподгруппы, и некоторых f-элементов. Минимальная СО неметаллов = Nгруппы-8. Например, Mn+7, P+5 и P-3, S+6 и S-2.

СО – формальная величина. Истинные заряды атомов редко превышают ±12. Так например, согласно расчёту, в комплексном катионе [Cr(H2O)6]3+ эффективные заряды атомов Cr, H, O составляют +2.12, +0.59. -1.03, соответственно.

П-1. Определите, является ли реакция окислительно-восстановительной? Если да, то в каких частицах атомы меняют СО? Рассчитайте СО этих атомов.

a) CuSO4(p-p) + Zn(кр) = Cu(кр) + ZnSO4(p-p) б) 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH в) H5C3(ONO2)3(ж) = 3/2N2(г) + 5/2H2O(г) + 3CO2(г) + 1/4O2(г) г) CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2C2(г) д) (NH2)2CO(тв) + H2O(ж) = 2NH3 + CO2.

Решение. Окислительно-восстановительными являются реакции а), б) и в), так как в них участвуют молекулы, атомы которых меняют СО. Рассчитаем СО в молекуле тринитроглицерина H5C3(ONO2)3:

СО(H)=+1, СО(О)=-2, СО(N)=+5, СО(C)=x.

По правилу 1): 5(+1)+3x+3(+5+3(-2))=0, х=-2/3 – средняя СО трёх атомов С. Если в ходе ОВР углеродный остов органической молекулы не разрушается полностью, то бывает удобно рассчитать степень окисления конкретного атома углерода. Например, в молекуле CH3COOH СО атомов С составляет –3 и +3.

ОВР – один из наиболее распространённых и важных типов реакций не только в живой и неживой природе, но и в практической деятельности человека. Главная особенность ОВР – конкуренция за электроны между окислителем и восстановителем.

Окислитель (Ox) – частица, которая в ходе ОВР приобретает электроны.

Восстановитель (Red) – частица, которая в ходе ОВР отдаёт электроны.

Подобно протолитической теории Брёнстеда-Лоури, согласно которой протекание кислотноосновных реакций объясняется конкуренцией за протоны между двумя парами сопряжённых кислот и оснований, в любой ОВР всегда принимают участие две пары конкурирующих за электроны сопряженных окислителей и восстановителей (редокс пары).

Восстановление – процесс, в ходе которого окислитель приобретает электроны и переходит в сопряжённую восстановленную форму.

Окисление – процесс, в ходе которого восстановитель отдаёт электроны и переходит в сопряжённую окисленную форму.

Условная форма записи ОВР:

Например:

2. Методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций.

Методы уравнивания ОВР основаны на записи полуреакций окисления и восстановления.

2.1. Метод электронного баланса.

Этот метод используется для уравнивания ОВР, протекающих в газовой и (или) твердой фазе.

Алгоритм метода:

1. Найти атомы, у которых изменяется СО, и составить схему полуреакций окисления и восстановления с участием этих атомов.

2. Уравнять каждую полуреакцию, добиваясь:

• материального баланса (равенства числа атомов каждого элемента в правой и левой • баланса по зарядам (равенства суммарных зарядов в правой и левой частях уравнения реакции). Для этого к левой части полуреакции добавляют или вычитают из неё необходимое количество электронов.

3. Умножить каждую полуреакцию на коэффициенты:

• учитывающие стехиометрию реагирующих (образующихся) молекул (численное отношение между атомами в полуреакциях должно соответствовать стехиометрии • для достижения электронного баланса: сумма отданных электронов должна быть равна сумме принятых электронов.

4. Сложить полуреакции (при этом e = 0).

5. Проверить материальный баланс.

З-2. Уравнять ОВР методом электронного баланса.

Шаги алРешение горитма NH4NO3 = N2O + H2O ( реакция сопропорционирования) в) KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O г) K2MnO4 = K3MnO4 + MnO2 + O Ясно, что если разложение KMnO4 (в) сопровождается разложением K2MnO4 (г), то суммарный процесс нельзя уравнять однозначно.

2.2. Метод электронно-ионного баланса.

ОВР, протекающие в водных растворах, расплавах и других ионизирующих растворителях, уравнивают методом электронно-ионного баланса. При составлении полуреакций используются ионы и (или) молекулы, присутствующие в растворе. Если вещество нерастворимо – оно записывается в недиссоциированном виде. Если атомы, у которых изменяются СО, входят в состав сразу нескольких частиц, то используются те частицы, концентрация которых преобладает.

Например, в водном растворе слабой кислоты H2S присутствуют анионы HS и S 2, причём ][ S 2 ]. Поэтому, из всех частиц, содержащих серу, для уравнивания используем [H2S][ HS H2S.

Алгоритм метода:



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А.М. Горького ИОНЦ Экология и природопользование Химический факультет Кафедра аналитической химии УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Особенности пробоотбора и пробоподготовки объектов окружающей среды Екатеринбург 2008 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Восточно – Сибирский государственный технологический университет Аналитическая химия Методические указания к лабораторно – практическим занятиям по качественному химическому анализу для студентов всех форм обучения Составили: Славгородская М.В. Имсырова А.Ф. Сячинова Н.В. Улан - Удэ 2002г. Качественные реакции на катионы I аналитической группы. К катионам первой аналитической группы относятся: Li+, Na+, K+, NH4+, Mg2+. Качественные реакции: Na+...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе профессор В.Л. ТРУШКО ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ГЕОХИМИЯ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, соответствующей направленности (профилю) направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре...»

«МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ “ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ” АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ для студентов 2 курса отделения среднего специального образования фармацевтического факультета по специальности 060108 – Фармация Учебно-методическое пособие для вузов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011 2 Утверждено научно-методическим советом фармацевтического...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В.В.Приседский МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОРБИТАЛИ (учебное пособие к изучению блока Химическая связь в курсах химии) Донецк 2009 2 УДК 543.063 П 12 Приседский В.В. Молекулярные орбитали (Учебное пособие к изучению блока Химическая связь в курсах химии для студентов химических специальностей) // Донецк: ДонНТУ, 2009.-42 с. Изложение метода молекулярных орбиталей (МО) традиционно относится к наиболее сложным вопросам и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Воронежский государственный университет ЭКСПЕРТИЗА АЛКОГОЛЬНОГО ОПЬЯНЕНИЯ Учебно-методическое пособие для студентов по специальности 060108-Фармация Воронеж-2004 2 Утверждено научно-методическим советом фармацевтического факультета, протокол № 3 от 11.05.2004 г. Составители: асс. Евстигнеева В.П. асс., к.б.н. Шкутина И.В. асс., к.ф.н. Брежнева Т.А. проф., д.ф.н. Сливкин А.И. проф., д.х.н. Селеменев В.Ф. Учебно-методическое пособие...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра теплотехники и гидравлики ГИДРО- И ПНЕВМОАВТОМАТИКА Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 220200.62 Автоматизация и управление и специальности 220301.65...»

«Методические рекомендации для пациентов утверждены Ученым Советом ГУ НИИ КиЭР РАМН. Протокол № 2 от 09.02.2006 г. Автор: Елена Эдуардовна Мозговая, ведущий научный сотрудник клинико-биохимической лаборатории ГУ НИИ Клинической и Экспериментальной ревматологии РАМН, кандидат медицинских наук. Под редакцией: Александра Борисовича Зборовского, директора ГУ НИИ Клинической и Экспериментальной ревматологии РАМН, академика РАМН, д.м.н., профессора. Рецензенты: Нина Алексеевна Фофанова, главный...»

«Федеральное агентство по образованию Восточно-Сибирский государственный технологический университет (ГОУ ВПО ВСГТУ) Кафедра Биоорганическая и пищевая химия Методические указания и контрольные задания по курсу Химия пищи для студентов заочной формы обучения по специальностям Технология молока и молочных продуктов(260303), Технология мяса и мясных продуктов (260301) Составитель: Чиркина Т.Ф. Подписано в печать 28.02.2006 Формат 60*84 1/16. Усл.п.л. 1,94 Улан-Удэ Тираж 50 экз. печать операт....»

«ВВЕДЕНИЕ Данные методические указания предназначены для выполнения второй домашней работы по дисциплине Основные процессы и аппараты химических производств студентами 1, 2, 3 и 8 групп 3 курса инженерно-технологического факультета. Автор – кандидат химических наук, доцент кафедры Химическая технология и промышленная экология СамГТУ Вячеслав Васильевич Филиппов Свои вопросы вы можете направлять по электронной почте по адресу filippov50@mail.ru. Если есть желание пообщаться on-line – буду рад....»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.