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.

5. 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.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Правила техники безопасности при работе в лаборатории… ……….….4

2. Основы кинетики химических реакций …………………………….…5

2.1. Основные понятия химической кинетики………...……………………..5

2.2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов…………...5

2.3. Зависимость скорости реакции от температуры………………………...6

2.4. Влияние катализаторов на скорость реакции……………………….......7

2.5. Химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье-Брауна………….……8

2.6. Лабораторная работа №1………………………………………….……10

2.7. Контрольные вопросы……………………………………………………14

3. Растворы ………………………………………………………………........16

3.1. Основные понятия…………….………………………………………….16

3.2. Способы выражения содержания растворенного вещества

в растворе…………………………………………….………………………..18

3.3. Лабораторная работа №2………………………………………………..20

3.4. Контрольные вопросы…………………………………………………...23

4. Реакции с изменением степени окисления. Основы электрохимии ……..25

4.1 Окислительно-восстановительные реакции…………………………....25

4.2. Электрохимические процессы……………………………………….....29

4.3. Лабораторная работа №3…………………………………………..……35

4.4. Контрольные вопросы……………………………………………...……37

5. Список рекомендуемой литературы ………………………..…………….39

Учебное издание

Елена Анатольевна Перевалова

Ольга Анатольевна Панюшкина

Методические указания к лабораторному практикуму по химии

(для заочной формы обучения)

Методические указания для студентов заочной формы обучения

План электронных изданий 2010 г. Поз. № 12В

Подписано на «Выпуск в свет» 25.02.2010 г.

Уч-изд. л. 1,92.

На магнитоносителе.

Волгоградский государственный технический университет.

400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1.