Электрохимические процессы

Цель работы: Научиться составлять уравнения ОВР, пользуясь методом электронного баланса, вычислять ЭДС гальванического элемента, записывать схему электродных процессов на катоде и аноде при электролизе.

Опыт 1. Восстановление иона MnO₄ ^- в различных средах.

В три отдельные пробирки с раствором перманганата калия KMnO₄ добавьте разбавленную серную кислоту H₂SO₄, такой же объем воды и концентрированный раствор щелочи KOH. Затем в каждую из пробирок прибавьте раствор сульфита натрия Na₂SO_3.

Реакции протекают по схемам:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + … = MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O (исчезновение окраски).

KMnO₄ + Na₂SO₃ +… = MnO₂ + Na₂SO₄ + KOH (выпадает бурый осадок).

KMnO₄ + Na₂SO₃ + …= K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O (изумрудный цвет).

Закончите уравнения реакций, укажите окислитель и восстановитель.

Сделайте вывод об изменении степени окисления марганца в зависимости от реакции среды (кислая, нейтральная, щелочная).

Опыт 2. Окислительно-восстановительная двойственность

а) К подкисленному разбавленной серной кислотой раствору иодида калия добавьте раствор нитрита натрия NaNO₂. Отметьте выделение газа, его побурение под действием кислорода воздуха, а также окраску образовавшегося раствора. Напишите уравнения реакции, укажите окислитель и восстановитель;

б) раствор перманганата калия KMnO₄ подкислите разбавленной серной кислотой и прилейте раствор нитрита натрия NaNO₂, наблюдается изменение окраски. Составьте уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель.

Опыт 3. Ряд напряжений металлов.

3.1.Вытеснение одних металлов другими

а) в пробирку с раствором ацетата свинца внесите кусочек цинка;

б) в пробирку с раствором сульфата меди погрузите железный гвоздь;

в) пробирку с раствором нитрата ртути (II) опустите медную проволоку.

Что наблюдается? Напишите уравнения реакции с точки зрения окислительно-восстановительного процесса. Расположите изученные металлы в порядке убывания их активности, включив сюда и водород.

3.2. Взаимодействие металлов с кислотами

а) в пробирку с раствором соляной кислоты опустите медную проволоку;

б) в пробирку с раствором соляной кислоты внесите кусочек цинка;

в) в пробирку с раствором разбавленной азотной кислоты опустите медную проволоку, нагрейте раствор (под тягой),

г) в пробирку с раствором концентрированной азотной кислоты опустите медную проволоку (под тягой).

Следует учитывать, что разбавленная азотная кислота восстанавливается в оксид азота (II), концентрированная азотная кислота – в оксид азота (IV).

Что наблюдается? Напишите уравнения происходящих реакций с точки зрения окислительно-восстановительного процесса.

Опыт 4. Электролиз водных растворов солей.

В U-образную трубку налейте раствор йодида калия, так, чтобы электроды были погружены в раствор. Подключите электроды к источнику постоянного тока, через 5-10 мин. отметьте наблюдения. Какой газ выделяется на катоде? Чем вызвано изменение окраски раствора у анода?

Повторить опыт, залив в U-образную трубку раствор сульфата меди CuSO₄. Какой газ выделяется на аноде? Чем вызвано изменение окраски катода? Составьте схемы электролиза.

Контрольные вопросы

Вариант 1

1.Дайте определение степени окисления атома элемента.

2.Выберите из предложенных веществ те, которые могут быть только окислителями: KMnO₄, H₂O₂, H₂SO₄, KNO₂, Al, O₂.

3.Рассчитайте ЭДС данного гальванического элемента

(-): Al/ AlCl₃(0,1 моль/л)//CrCl₃(0,1 моль/л)/Cr: (+)

4. Какие металлы, могут вытеснять водород из воды: Li, Mn, Na, Pb, Sn.

5.Составьте схему электролиза водного раствора LiCl.

Вариант 2

1.Дайте определение процессам окисления и восстановления.

2.Выберите вещества, в которых азот проявляет низшую степень окисления:

N₂O, NH₃, NF₃, (NH₄)₂SO₄ , NO₂.

3.Рассчитайте ЭДС гальванического элемента

(-)Mn/ MnSO₄ (0,01моль/л)//PbSO₄(0,01моль/л)/Pb(+)

4.Какие металлы, могут вытеснять медь из раствора CuSO₄: Ca, Co, Sn, Au.

5.Составьте схему электролиза водного раствора Ag₂SO₄.

Вариант 3

1.Что называется окислителем и восстановителем? Приведите примеры простых и сложных веществ выступающих в качестве окислителей и восстановителей.

2.Определите, к какому типу ОВР, относится данная реакция:

Pb(NO₃)₂ → PbO + NO₂+ O₂

3.Рассчитайте ЭДС гальванического элемента

(-)Ni / Ni(NO₃)₂ (0,001моль/л) // Pt(NO₃)₂ (0,001моль/л) /Pt(+)

4.Выберите металлы, которые могут вытеснять из разбавленного раствора соляной кислоты водород: Mg, Zn, Hg, K, Fe, Cu, Pt.

5.Составьте схему электролиза водного раствора CaSO₄.

Вариант 4

1.Высшая, низшая и промежуточные степени окисления. Приведите примеры.

2.Определите, к какому типу ОВР относится данная реакция:

I₂ + AgNO₃ → AgIO₃ + AgI + HNO₃ + H₂O

3.Рассчитайте ЭДС гальванического элемента

(-)Bi / BiCl₃ (1моль/л) // AuCl₃ (1 моль/л) / Au(+)

4.Выберите металлы, которые могут вытеснять из разбавленного раствора серной кислоты водород: Be, Ti, Zn, Cd, Sn, Cu, Ag.

5.Составьте схему электролиза водного раствора PtCl₂.

Вариант 5

1.Окислительно-восстановительная двойственность. Приведите примеры веществ, в которых атомы обладают этой двойственностью.

2.Определите, в каких соединениях хлор проявляет высшую степень окисления: KCl, PCl₅, Cl₂O, Cl₂O₇, Ca(ClO)₂, KClO₄, Cl_2.

3.Рассчитайте ЭДС гальванического элемента

(-)Zn / ZnSO₄(0,0001моль/л)// HgSO₄(0,001 моль/л) / Hg(+)

4.Выберите металлы, способные замещать железо в растворах его солей:

Al, K, Au, Zn, Ni, Cu, Li, Mg, Ag.

5.Составьте схему электролиза водного раствора Al₂(SO₄)₃.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 2002.

2. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1998.

3. Лучинский Г.П. Курс химии: учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1985.

4. Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия. – Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2001.

5. Воробьев А.Ф. Практикум по неорганической химии / А.Ф. Воробьев, С.И. Дракин, В.М. Лазарев, К.К. Власенко – М.: Химия, 1984.

6. Семешин В.И. Практикум по общей химии. – М.: Химия, 1987.