Схема распечатки книжного варианта

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

                                                                2  

     MnO₄^- +1 ē  à             MnО^2-              2 ок-ль, восстановление

 24

Суммируем левую и правую части, умножая число частиц на дополнительные множители:

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

(2-)+ ( 2-) + ( 2- ) = 6-         (2^-) + 0 + (4-) = 6-

 Баланс верен, так как -6 = -6  

 Переносим коэффициенты к соответствующим молекулам (в том числе к молекулам воды и щелочи): 

     Na₂SO₃ + 2 KM n O₄ + 2 NaOH à K₂M n O₄ +Na₂ MnO₄ +Na ₂ SO ₄+H₂O

     Проверяем: выполняется ли баланс по атомам. Баланс выполняется. Уравнение составлено верно.

 Нейтральная среда

Для уравнивания реакции, протекающей в нейтральной среде можно использовать молекулы водорода, гидроксид-анионы и катионы водорода.

Если в полуреакции избыток атомов кислорода находится в правой части, то составляем ее по правилам уравнивания в кислой среде (используем Н₂О и Н⁺).

Если избыток атомов кислорода находится в левой части, - то по правилам уравнивания в щелочной среде.

Возьмем пример превращения того же сульфита натрия под действием перманганата калия в нейтральной среде (то есть,  задано присутствие воды):

Na₂SO₃ + KM n O₄ + H₂O à MnO₂ + Na ₂ SO ₄ + КОН                                      

 В этом примере примечательно то, что, начиная проводить реакцию в нейтральной среде, получаем щелочную среду. Вообще, часто мы даже можем не знать некоторые не основные продукты той или иной реакции, но с помощью данного метода уравнивания эти вещества могут быть получены (выведены) в процессе составления полуреакций. Также здесь интересен момент выведения определенного количества молекул воды, и взаимного уничтожения их слева и справа.

Давайте представим, что мы не знаем, что в результате получится гидроксид калия:

Na₂SO₃ + KM n O₄ + H₂O à MnO₂ + Na ₂ SO ₄ + …… (КОН)                                                                     

                                                                                                                                    25

 SO₃^-2 + H₂O -2 ē à  SO₄^2- + 2 H⁺      3 в-ль, ок-ие (как  кисл. ср.)

          6  

 MnO₄^- + 2H₂O + 3 ē à MnO₂ + 4 OH^-      2 ок-ль, в-ие (как щелоч. ср.)

______________________________________________________

3SO₃^2- + 3H ₂O +2 MnO₄^- +4H₂O    à 3SO₄^2- +6 H⁺ +2 MnO₂ + 8 OH^-

                                                                                                                                                    6 OH^- + 2 OH^-

                         7 H₂O                                6H₂O u 2 OH^—

3SO₃^2- +2 MnO₄^-- +H₂O à 3SO₄^2- +2 MnO₂ + 2 OH^—

Как видно из суммарного ионного уравнения:

- слева 3 и 4 молекулы воды дают в суме 7 молекул;

- справа 6 катионов водорода и 6 гидроксид-анионов образуют 6 молекул воды;                                                

- справа остаются свободными 2 гидроксид-аниона;

- слева и справа уничтожаем по 6 молекул воды;

- слева остается 1 молекула воды, а справа 2 гидроксид-аниона.

Подпишем недостающие ионы с противоположными знаками, и получим полное ионное уравнение:

6 Na⁺ + 3SO₃^2- + 2 К⁺ + 2 MnO₄^- +H₂O à6 Na⁺ + 3SO₄^2- +2 MnO₂ + 2 К⁺ + 2OH^—

Молекулярное уравнение будет выглядеть:

3Na₂SO₃ + 2KM n O₄ + H₂O à 2 MnO₂ + 3 Na ₂ SO ₄ + 2КОН

По количеству атомов кислорода (18=18) делаем вывод:  уравнение составлено правильно.

Правила уравнивания

В левой части уравнения

среда

добавляем в левую часть

добавляем в правую часть

Избыток

       кислорода

кислая

2nН⁺

nН₂О

щелочная или нейтральная

nН₂О

2n ОН^-

Недостаток

     кислорода

кислая или нейтральная

nН₂О

2nН⁺                                

щелочная

2n ОН-

nН₂О

 n - избыток атомов кислорода

                                                                                                                                              26

 Алгоритм действий при уравнивании

1) выяснить, что в реакции является окислителем и восстановителем;

2) для сильных электролитов выписать ионы - окислители и восстановители и продукты реакции; осадки, газы, простые вещества, оксиды и другие слабые электролиты и не электролиты записываем целиком;

3) выполняем баланс по атомам;

4) используя правила уравнивания в соответствующей среде составляем уравнение.

Превращение некоторых ионов и веществ в ОВР в различных средах.

Один и тот же ион или вещество в зависимости от сред, в которой протекает реакция, может претерпевать превращения различной степени глубины. Так например, перманганат-ион наибольшее количество электронов принимает в кислой среде, то есть, превращения в этом случае более глубокие, чем в нейтральной и щелочной среде.

Необходимо знать превращения и таких соединений, как дихромат-аниона и молекул пероксида водорода.

Превращение перманганат-аниона

I.

+OH^-  (+1ē) +6

                                      MnO₄^2- манганат –зеленого цвета

                                                               анион

+7                     +H₂O (+3ē) +4

MnO₄^-                               MnO₂ оксид марганца (+4) - черного цвета

                         +Н⁺ (+5ē)

                                   Mn²⁺ катион марганца (+2) бесцветный

Чаще реакции протекают в кислой среде и применяются они, например, в методе перманганатометрии в аналитической химии. Ниже приводится схема превращений перманганата калия под действием различных восстановителей в кислой среде. В ней так же приводятся и другие продукты, которые получаются наряду с основным веществом.

 27

Cхема превращений перманганата калия в кислой среде:

Основной продукт восстановления       Кислота   Восстановитель Продукт окисления

MnCl₂                        HCl       HCl      à Cl₂

                                  H₂SO₄   H₂O₂     à O₂

                                  H₂SO₄

                KMnO₄                 KI       à I₂                   + H₂O                                                                                                                      

                                    H₂SO₄    Na₂SO₃à Na₂SO₄

MnSO₄                           H₂SO₄    FeSO₄ à Fe₂(SO₄)₃

                                  H₂SO₄    H₂C₂O₄ à CO₂

Превращение ионов хрома:

                                                        Окисление (-3ē)

                                                                       Восстановление (-3ē)

         Степень окисления: +3                               +6

         Кислая среда:           Cr³⁺                            Сr₂O₇^2-

                                                катион хрома +3 (зеленый)   дихромат-анион (оранжевый) 

         Щелочная среда:   CrO₂^-                          CrO₄^2-

                                       метахромит-анион (б/цв.)    хромат-анион (желтый)

                                                                                                                        28

Cхема превращений дихромата калия в кислой среде:

Основной продукт восстановления       Кислота   Восстановитель Продукт окисления

CrCl₃                          HCl       HCl à   Cl₂

                                  H₂SO₄   H₂S à     S

                K₂Cr₂O₇   H₂SO₄   KI à          I₂                 + H₂O

                                   H₂SO₄     Na₂SO₃à Na₂SO₄

Cr₂(SO₄)₃                   H₂SO₄      FeSO₄ à Fe₂(SO₄)₃

Превращение  пероксида водорода:

                     -1 Н⁺     -2

H₂O₂  à H₂O или

                     -1 OH^- -2

H₂O₂    à ОH^- в этих случаях пероксид водорода –окислитель

                     (2 атома «О» + 2ē)                                     

              -1 Н⁺ 0

                H₂O₂  à   O₂  здесь пероксид водорода восстановитель

                        (2 атома «О» - 2ē)  

Вычисление эквивалента вещества в окислительно-восстановительных реакциях

а) Эквивалент – это условная или реальная частица, которая в данной химической реакции эквивалентна 1 е –ну, или 1 протону, или одному одновалентному катиону (способна замещать или присоединять 1 грамм водорода).

Эквивалент – есть 1/z* часть частицы (молекулы, атома). Z* - это число эвивалентности.

 Если Z* = 1 , то эквивалент идентичен самой частице (реальная частица).

 Если Z* = 2,3,4 и т.д., то эквивалент идентичен какой-то части молекулы или атома (условная частица - 1/ z*).

У окислителей и восстановителей Z^* будет равно числу принятых или отданных электронов. Например, для процесса: Mn⁺⁷ +5e à Mn² Z^* = 5. От молекулы КMnO₄ эквавалентной  одному электрону будет только 1/5 часть.

    б) Количество вещества эквивалента :  ν _1/Z* = Z^*.ν_x  (число эквивалентности - z, количество вещества ν)

Пример: Рассчитать количество вещества эквивалента ν _1/Z*  для 2-х моль KMnO₄ при превращении:   MnO₄^- +8 H⁺ +5е à Mn²⁺  + 4H₂O

                                                                       Z^* = 5     

Дано:                                                Решение:

ν = 2 моль            ν _1/Z* = Z^*.v_x = 5 .2 = 10 моль – экв.

ν _1/Z* = ?

                Это значит, что  в 1 моль перманганата калия   содержится    5 условных частиц, эквивалентных одному электрону, а в двух молях 10 условных частиц.        

                                                                  M_x                              

в) Молярная масса эквивалента:        M _1/Z^* =                            (г/моль, кг/кмоль)

                                                                                       Z^*

Пример: Рассчитать молярную массу эквивалента  KBrO₃   в реакции:

           KBrO₃ + 6KI + 6HCl à KBr + 6KCl + 3I₂ + 3 H₂O                                                   

Дано:                                                            Решение:

                                        BrO₃ ^- + 6H⁺ +6e àBr^-  + 3 H₂O 

                                                               Z^* = 6

M KBrO₃  = 167 г/моль             M KBrO₃ 167 

                               M _1/Z^* = ------------- = ----------- = 27,83  г/моль 

                                                               Z^*          6

    M _1/Z^* = ?       

                                                                                                         30

Это значит, что молярная масса условной частицы, эквивалентной одному электрону в данном процессе в 6 раз меньше молярной массы реальной частицы - одного моль вещества.

г) Молярная концентрация эквивалента

С _1/Z*  - это число моль - эквивалентных масс, содержащихся в 1 дм³

 (1 л) раствора.       

   ν _1/Z*                         

С _1/Z* = ------------                              

                    V

             m    

т.к. ν _1/Z* =  -------   , то              

            M _1/Z^*

   m               

С _1/Z* =  -----------

                 M _1/Z^* . V

 Так как  ν _1/Z* = Z* . ν , то

                Z* . ν

С _1/Z* = ----------------  = Z* ∙ C ;           С _1/Z* = Z* ∙ C           

           V

Это значит, что молярная концентрация эквивалента больше молярной концентрации в Z* раз (условных «дробных» частиц в одном и том же объеме больше, чем целых реальных частиц одного и того же количества вещества в данном объеме раствора).

Для расчетов используется также обратная величина числу эквивалентов f - фактор эквивалентности. Эта величина показывает часть от реальной частицы, которая эквивалентна одному электрону.

     f = 1/ Z*

Так, для КMnO₄ в ОВР при переходе к Mn²⁺ f = 1/ 5.

31

Соответственно при расчете всех выше перечисленных величин (молярной массы эквивалента и др.) в формулах f нужно поставить в дроби в противоположную сторону, от Z*.

Примеры расчета числа эквивалентов веществ в некоторых ОВР

При расчете будем пользоваться следующим алгоритмом:

1. Запишем полуреакцию, в которой участвует необходимое для расчета вещество или его ионы;

2. Рассчитаем количество переходящих электронов;

3. Число электронов и будет равняться числу эквивалентов Z*;

4. Если требует задача, то рассчитать по формулам величины: количества эквивалентов вещества, молярной массы эквивалента вещества, молярной концентрации эквивалента вещества.

Пример 1. Рассчитать число экваивалентов для пероксида водорода в  

                   реакции:

                      5H₂O₂ + KM n O₄ + 3 H₂SO₄ à 2 MnSO₄ +K₂SO₄ + О₂ +8H ₂O

Ответ.  

1. Записываем полуреакцию в любом из двух видов:

    2О^-       à O₂

  H₂O₂     à O₂⁰  + 2 H⁺     

2. Подставляем количество ушедших электронов:

  2О^- - 2 е  à O₂

  H₂O₂  - 2 е à O₂⁰  + 2 H⁺        

3. Число эквивалентов Z* = 2,  фактор эквивалентности f = 1/ 2

Пример 2. Рассчитать число экваивалентов для тиосульфата натрия в

                  реакции:

                 2 Na₂S ₂O₃ + I₂ à 2 NaI + Na₂S ₄O ₆

Ответ: в этом случае расчет лучше производить, используя ионно-электронный метод.

                                                                                                                     32

     Составляем уравнение полуреакции:

      2 S₂O₃^2- -2e à S₄O₆^2-

            Обратите внимание на то, что два тиосульфат-аниона отдают 2 электрона и эти два аниона входят в состав двух молекул вещества. Таким образом, на один электрон приходится одна молекула тиосульфата натрия. Число Z* (Na₂S ₂O₃) = 1.

Задание 1.

Рассчитайте число эквивалентов и фактор эквивалентности для йода в примере 2.

Задание 2.

Рассчитайте число эквивалентов и количество вещества эквивалентов для восстановителя в реакции а) на странице 3. Масса восстановителя равна 18 граммам. ( подсказка: сначала рассчитайте обычное количество вещества.).

Задание 3.

Рассчитайте число эквивалентов и молярную массу эквивалента для окислителя в реакции г) на странице 3.  

Задание 4.

Рассчитайте число эквивалентов и молярную концентрацию эквивалента для окислителя в реакции д) на странице 4. Масса окислителя равна 8,35 граммам. 

Литература

1. Е.В.Барковский, С.В.Ткачев. Аналитическая химия. Минск., «Вышэйшая

школа», 2004.

2. А.А.Кудрявцев «Окислительно-восстановительные реакции». М.,

«Знание», 1981.

3. Э.Т.Оганесян, А.З.Книжник. Неорганическая химия. М.,

«Медицина»,1981.

4.  М.Э.Полеес, И.Н.Душечкина «Аналитическая химия», М., «Медицина»,

    1994.

5.  Л.М.Пустовалова, И.Е. Никанорова. Неорганическая химия. Ростов-на-

     Дону. «ФЕНИКС», 2005.       

 6. Г.П.Хомченко, К.И.Севастьянова «Окислительно-восстановительные

 реакции». М., «Просвещение», 1980.

1-я часть листа

2-я (обратная часть) того же листа

36, 1

2, 35

34, 3

4, 33

32, 5

6, 31 (38)

30, 7

8, 29

28, 9

10, 27

26, 11

12, 25

24, 13

14, 23

22, 15

16, 21

20, 17

18, 19

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману