Направление окислительно-восстановительного процесса .

Возможность самопроизвольного протекания любого процесса можно предсказать, рассчитав соответствующее ему значение изменения энергии Гиббса. В случае ОВР удобно пользоваться разностью восстановительных потенциалов системы окислителя и системы восстановителя, участвующих в реакции веществ, исходя из значений стандартных редокс-потенциалов полуреакций (Е°).

Чем выше положительное значение Е°, тем большей окислительной способностью обладает окисленная форма в данной полуреакции.

Эту разность часто называют электродвижущей силой реакции в стандартных условиях (∆_rЕ°). Причем в отличие от ЭДС гальванического элемента эта величина может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

В случае если ЭДС>0, энергия Гиббса принимает отрицательное значение, и возможно самопроизвольное протекание окислительно-восстановительной реакции.

Если ЭДС<0, процесс невозможен, т.е. самопроизвольно будет идти обратная реакция, ЭДС которой будет иметь равное по величине, но обратное по знаку значение. Поясним вышесказанное на примерах.

Пример 7.7.

Рассмотрим реакцию из примера 1 и подтвердим возможность ее протекания расчетом ЭДС:

2КМnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O

В этой реакции KMnO₄ — окислитель, FeSO₄ — восстановитель. Рассмотрим две полуреакции:

МnO₄^- + 8Н⁺ + 5 e → Мn²⁺ + 4Н₂O  Е° - +1,51 В;

Fe³⁺ + e → Fe²⁺                               E ° = +0,77 В.

Рассчитаем ЭДС суммарной реакции:

∆_rЕ°= Е°_{окислителя} ^— Е°_{восстановителя} = 1,51 - 0,77 = 0,74 В.

Значение ЭДС > 0, изменение энергии Гиббса процесса отрицательно, и реакция в стандартных условиях протекает самопроизвольно.

ОВР являются необходимыми звеньями в цепи как катаболических, так и анаболических процессов. Энергоснабжение организма на 99% обеспечивается протеканием окислительно-восстановительных процессов. С помощью ОВР в организме разрушаются токсические вещества. Во многих случаях фармакологические свойства медицинских препаратов находятся в непосредственной связи с их окислительно-восстановительными свойствами. Известные антисептические, противомикробные и дезинфицирующие препараты являются сильными окислителями. Сведения об окислительно-восстановительных свойствах различных лекарственных средств позволяют решать проблемы их совместимости при одновременном применении, а также при их совместном хранении.

 

 

Лабораторная работа №6                        Ф.И.О. ________________

группа __________________

 

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ.

Опыт №1. Окислительные свойства перманганата калия в различных средах.

1.1. В три пробирки налейте по 2-3мл раствора перманганата калия КМnО₄. Затем в первую пробирку добавьте 3мл разбавленного раствора серной кислоты, во вторую – 3мл воды, в третью – 3мл концентрированного раствора КОН. В каждую пробирку добавьте по 1-2мл раствора иодида калия до изменения цвета раствора.

Отметьте наблюдаемые изменения.

________________________________________________________________

Напишите уравнения окислительно-восстановительных реакций и уравняйте их, используя метод электронно-ионного баланса.

1. _______________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

3. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Дайте заключение об окислительной способности перманганата в разных средах.

________________________________________________________________

________________________________________________________________

 

1.2. В три пробирки налейте по 2-3мл раствора перманганата калия КМnO₄. Затем в первую пробирку добавьте столько же чистой воды, во вторую - 2-3мл разбавленного раствора серной кислоты, в третью – 2-3мл раствора H₂SО₄ с концентрацией на 1-2 порядка выше (создать в третьей пробирке сильнокислотную среду). В каждую пробирку добавьте 2мл этилового спирта. Встряхните пробирки.

Отметьте наблюдаемые изменения.

________________________________________________________________

Напишите уравнения соответствующих реакций окисления этанола перманганатом калия в нейтральной и слабокислотной средах (в продуктах реакции – уксусный альдегид), а также в сильнокислотной среде (этанол окисляется до диоксида углерода). Уравняйте реакции методом электронно-ионного баланса.

1. _______________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

3. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Вывод о влиянии среды на окислительные свойства перманганата калия рекомендуется сделать по следующей схеме:

Записать против каждой стрелки соответствующий продукт с указанием его окраски.

В какой среде перманганат-ион восстанавливается максимально, а в какой – минимально?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

 

Опыт №2. Окислительные свойства дихромата калия.

В три пробирки внесите по 2-3мл раствора дихромата калия К₂Сr₂O₇ и по 3мл разбавленного раствора серной кислоты. В первую пробирку добавьте раствор йодида калия КI и несколько капель крахмала, во вторую – 4мл раствора нитрита натрия NaNO₂.

Запишите наблюдения, отметьте изменения окраски и составьте уравнения реакций.

1. _______________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт №3. Окислительно-восстановительные свойства соединений элементов, находящихся в промежуточной степени окисления.

B одну пробирку поместите 3мл раствора перманганата калия, подкислите разбавленным раствором серной кислоты и добавьте 2мл раствора NaNO₂ до обесцвечивания смеси. В другую пробирку внесите 2мл раствора йодида калия KI, также подкислите разбавленным раствором серной кислоты и добавьте 2мл раствора NaNO₂.

Объясните изменения окраски и напишите уравнения соответствующих реакций. Поясните, в каком случае нитрит-ионы проявляют восстановительные и в каком – окислительные  свойства? При этом учтите, что при восстановлении нитрит-ионов выделяется оксид азота (II), а при их окислении образуется нитрат-ион.

1. _______________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт №4. Реакция диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления). (опыт выполняется теоретически)

В пробирку опускают 2-3 кристаллика сульфита натрия Na₂SO₃. Закрепляют её в штативе и нагревают 5-6 минут. После того, как пробирка остынет, в неё добавляют 8-10 капель дистиллированной воды и растворяют продукты реакции.

Какое еще вещество кроме сульфида натрия образовалось при термическом разложении сульфита натрия? Как его обнаружить? Напишите уравнение реакции диспропорционирования Na₂SO₃ при прокаливании.

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт №5. Внутримолекулярные окислительно - восстановительные процессы.

В пробирку внесите несколько кристаллов перманганата калия. Закрепите пробирку в держателе для пробирок и осторожно нагрейте на спиртовке. В пробирку внесите тлеющую лучину и убедитесь, что идет выделение кислорода. Когда горение лучины перестанет поддерживаться в пробирку добавьте воды. Определите цвет раствора и нерастворимого осадка.

Напишите уравнение реакции разложения перманганата калия. Укажите окислитель и восстановитель в молекуле перманганата калия.

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

 

"Зачислено" _____ баллов

"____"_________________20___г.                          __________________

(подпись преподавателя)

 

Лабораторная работа №7                        Ф.И.О. ________________

группа __________________