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 __________________