Химия как раздел естествознания Основные задачи современной химии (стр. 51 из 68)
Fe+2 - 1e = Fe+3 MnO4- + 8H+ + 5e = Mn+2 + 4H2O
Для того чтобы связать атомы кислорода в воду, необходимо добавить двукратное количество атомов водорода (так как реакция идет в кислой среде). Уравнивая количество отданных и полученных электронов, получаем ионное уравнение:
| 2Fe+2 - 2e = 2Fe+3 | 5 |
| MnO4- + 8H+ + 5e = Mn+2 + 4H2O | 2 |
___________________________________________ 10Fe+2 + 2MnO4- +16H+ = 10Fe+3 + 2Mn+2 + 8H2O
Окончательное молекулярное уравнение имеет вид:
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
При использовании ионно-электронного метода все коэффициенты получаются сразу, поэтому при составлении уравнений реакций, идущих в кислой, щелочной и нейтральной среде этот метод предпочтительнее. В нейтральной среде для прибавления и отнятия кислорода используют молекулы воды, в щелочной среде - ионы гидроксила и воды.
Примеры окислительно-восстановительных реакций:
1) K2Cr2O7 + H2SO4 + Na2SO3 → Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
Cr2O7-2 + 14H+ + 6e = 2Cr+3 + 7H2O 1
SO3-2 + H2O -2e = SO4-2 + 2H+ 3
Cr2O7-2 + 3SO3-2 + 18H+ = 2Cr+3 + 3SO4-2 + 4H2O
K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3Na2SO3 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O
2) K2Cr2O7 + H2SO4 + NaNO2 → Cr2(SO4)3+NO2+Na2SO4 +K2SO4 + H2O
Cr2O7-2 + 14H+ + 6e = 2Cr+3 + 7H2O 1
NO2- - 1e = NO20 6
Cr2O7-2 + 14H+ + 6NO2- = 2Cr+3 + 6NO2 + 7H2O
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6NaNO2 = Cr2(SO4)3+6NO2 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 7H2O 3) K2Cr2O7 + H2SO4 + KI → Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O
Cr2O7-2 + 14H+ + 6e = 2Cr+3 + 7H2O 1
2I- - 2e = I20 3
Cr2O7-2 + 14H+ + 6I- = 2Cr+3 + 3I2 + 7H2O
K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6KI = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O
4) KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
MnO4-2 + 8H+ + 5e = Mn+2 + 4H2O 2
SO3-2 + H2O - 2e = SO4-2 + 2H+ 5
2MnO4-2 + 6H+ + 5SO3-2 = 2Mn+2 + 3H2O + 5SO4-2
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
5) KMnO4 + Na2SO3 + KOH → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
MnO4- - 1e = MnO4-2 2
SO3-2 +2OH- +2e = SO4-2 + H2O 1
2MnO4- + SO3-2 + 2OH- = 2MnO2-2 + SO4-2 + H2O
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
6) KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + Na2SO4 + KOH
MnO2- + 4H2O + 3e + MnO2 + 4OH- + 2H2O 2
SO3-2 + 2OH- - 2e = SO4-2 + H2O 3
2MnO2- + H2O + 3SO3-2 = 2MnO2 + 2OH- + 3SO4-2
2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH
7) KI + KIO3 + H2SO4 → I2 + K2SO4 + H2O
2I- - 2e = I20 5
2IO3- + 12H+ + 10e = I2 + 6H2O 1
10I- + 2IO3- + 12H+ = 5I2 + I2 + 6H2O
10KI + 2KIO3 + 6H2SO4 = 6I2 + 6K2SO4 + 6H2O
5KI + KIO3 + 3H2SO4 = 3I2 + 3K2SO4 + 3H2O
8) KI + KMnO4 + H2SO4 → I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
2I- - 2e = I20 5
MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 2
10I- + 2MnO2- + 16H+ = 5I2 + 2Mn2+ + 8H2O
10KI + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5I2 + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O
9) KI + NaNO2 + H2SO4 = I2 + NO + K2SO4 + Na2SO4 + H2O
2I- - 2e = I20 1
NO2- + 2H+ +1e = NO + H2O 2
2I- + 2NO2- + 4H+ = I2 + NO + H2O
2KI +2NaNO2 + 2H2SO4 = I2 + 2NO + K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O
Реакции самоокисления-самовосстановления, когда степень окисления одного и того же элемента и повышается, и понижается, называются реакциями диспропорционирования. Примером может служить реакция хлора с гидроксидом калия:
2Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O Cl0 - 5e = Cl+5 1 Cl0 + 1e = Cl- 5 3Cl2 = Cl+5 + 5Cl-
В этой реакции хлор выступает и как восстановитель, и как окислитель.
14.6. Вопросы и задания:
1. Что такое кислота и основание с точки зрения теории электролитической диссоциации и с точки зрения протонной теории?
2. Какой из растворов является раствором слабого электролита: уксусной кислоты, гидроксида натрия, гидроксида аммония, хлорида натрия, дихромата калия, соляной кислоты?
3. Сколько молей соляной кислоты потребуется для приготовления 2 л раствора с рН=1? Сколько молей гидроксида натрия NaOH содержится в 5 л раствора, рН которого равен 13?
4.
Какое соотношение верно для нейтральных растворов: pH > pOH ; pH < pOH ; pH pOH 7; pH pOH 14?5. Какие из солей: Al2(SO4)3; K2S, Pb(NO3)2; NaCl, NH4Cl, Na2CO3, K2SO4 – подвергаются гидролизу? Составьте ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
6. Какая из следующих солей: CuSO4, Na2SiO3, KNO3, NH4Cl, CH3COONa, SnCl2, Na2CO3 подвергается гидролизу по катиону? По аниону?
7. Определите пропущенные соединения в реакции: Al2S3+ H2O→ … + …
8. Что такое степень окисления, степень окисленности, окислительное число, окисленность?
9. Какие реакции называются окислительно-восстановительными?
10. Какие вещества могут быть только окислителями, какие вещества могут быть только восстановителями, а какие могут проявлять как свойства окислителя, так и свойство восстановителя?
11. Вычислите степень окисления азота в аммиаке NH3, нитрите натрия NaNO2, диоксиде азота NO2, азотной кислоте HNO3.
12. Вычислите степени окисления хлора во всех его кислородных кислотах HClO, HClO2, HClO3 и HClO4. Какая из этих кислот является самым сильным
окислителем? Какая кислота самая сильная?
13. Какие коэффициенты нужно поставить перед восстановителем и окислителем в реакциях: K2Cr2O7 + H2SO4 + NaNO2 → Cr2(SO4)3 + NO2 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O; KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O; C + H2SO4(к) → CO2+ SO2 + H2O?
14. Составьте электронно-ионные схемы и на их основе расставьте коэффициенты в следующих окислительно-восстановительных реакциях: а) P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO; б) H2S + HNO3 → S + NO2 + H2O;
в) Hg + H2SO4 → HgSO4 + SO2 + H2O; г) FeCl3 + HI → FeCl2 + HCl + I2;
д) H2S + SO2 → S + H2O
15. Какие вещества восстанавливаются и окисляются в следующих реакциях? а) 2KI + 2FeCl3→ 2FeCl2 + I2 + 2KCl; б) 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O; в) Ag + 2HNO3→ AgNO3 + NO2 + H2O; г) Pb(NO3)2→ PbO +
NO2 + O2; д) H2S + SO2 → S + H2O
Лекция 15. Химическая связь; комплиментарность
Химические свойства элемента обусловлены способностью его атома терять и приобретать электроны. Эта способность количественно оценивается энергией ионизации атома и его сродством к электрону.
15.1. Энергия ионизации и сродство к электрону
Энергией ионизации называется количество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома и выражается в килоджоулях (Кдж)/моль или электрон-вольтах (эВ)/атом. Для многоэлектронных атомов энергия, необходимая для отрыва каждого последующего электрона всегда больше, чем энергия для отрыва предыдущего электрона, так как отрывать электрон приходится не от нейтрального атома, а от положительно заряженного иона (ионом называется атом, потерявший или приобретший один или несколько электронов). Энергия ионизации атома зависит от его электронной конфигурации. Наименьшими значениями энергии ионизации обладают s - элементы первой группы, наибольшими - элементы восьмой группы.
Сродством к электрону называют энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому, который превращается при этом в отрицательно заряженный ион (его выражают через энергию ионизации отрицательных ионов). Наибольшим сродством к электрону обладают р - элементы седьмой группы. Наименьшее и даже отрицательное сродство к электрону имеют инертные газы и элементы второй группы (конфигурации s2 и s2p2). Высоким сродством к электрону обладают кислород, сера, углерод и некоторые другие элементы. Электроотрицательностью называют способность атома данного элемента к оттягиванию на себя электронной плотности по сравнению с другими элементами, входящими в соединение. Эта способность зависит от энергии ионизации атома и его сродства к электрону (иногда ее считают равной полусумме того и другого). Большое значение имеет атомный радиус (атомы и ионы не имеют строго определенных границ вследствие волновой природы электрона, поэтому определяют условные радиусы атомов и ионов, связанных химической связью в кристаллах). Радиусы атомов в периодах с ростом порядкового номера уменьшаются, так как возрастает заряд ядра, а, следовательно, и притяжение к нему электронов. В пределах одной группы атомные радиусы возрастают, так как возрастает число энергетических уровней (электронных слоев).