Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теоретический материал.

Читайте также:
  1. Глава 1. Теоретический анализ проблемы невротических реакций у студентов
  2. Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО КОНСУЛЬТИРОВАНИЯ
  3. Стимульный материал.
  4. Схема: Смех – удачный старый материал – новый материал – удачный старый материал.
  5. Теоретический курс
  6. Теория. Представляет собой ответ на теоретический вопрос (по билетам).

Нижегородский Государственный Технический Университет им. Р.Е. Алексеева

Кафедра «Органическая химия»

 

 

Лабораторная работа по теме

«Окислительно-восстановительные реакции»

Выполнил: Студент гр. 11-МТ

Семаев Е.Д.

Проверил: Кутьин Александр

Павлович

Нижний Новгород

Год

Цель работы

Изучение окислительно-восстановительных реакций.

 

Теоретический материал

Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.

Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции (ОВР) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.

Сте́пень окисле́ния (окислительное число, формальный заряд) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов.

Окисли́тель — вещество, в состав которого входят атомы, присоединяющие во время химической реакции электроны

Атомы, отдающие электроны и повышающие свою степень окисления, называются восстановителями. Процесс принятия электронов называется восстановлением, а процесс отдачи электронов – окислением.

Выделяют три основных класса окислительно-восстановительных реакций.

1. Реакции межмолекулярного окисления–восстановления – реакции, в которых атомы окислителя и восстановителя входят в состав молекул разных веществ.

2. Реакции внутримолекулярного окисления восстановления – реакции, в которых атомы окислителя и восстановителя входят в состав одной молекулы.

3. Реакции самоокисления–самовосстановления (реакции оиспропорциони-рования) – те, в которых окислителем и восстановителем является один и тот же атом.

Для уравнивания коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях, а также для предсказания их возможных продуктов используется метод ионно-электронного баланса. При составлении уравнений с помощью данного метода считается, что реакция протекает в виде двух «полуреакций» – окисления и восстановления, причём атомы окислителя или восстановителя рассматриваются в составе тех ионов, в виде которых они присутствуют в растворе после диссоциации вещества. При уравнивании полуреакций по веществу в кислой среде можно использовать только H2O и H+, в щелочной – только H2O и ОH, в нейтральной среде можно использовать молекулы воды и ионы, которые получаются в полуреакции восстановления.

 

Практическая часть

Опыт 1

Пробирка №1

В 0.1М раствор манганата (VII) калия наливаем 2 мл разбавленной серной кислоты. Затем добавляем несколько кристалликов сульфата (IV) натрия.

Раствор обесцветился.

 

Пробирка №2

В 0.1М раствор дихромата калия наливаем 2 мл разбавленной серной кислоты.

Затем добавляем несколько кристалликов сульфата (IV) натрия.

Цвет раствора изменился на зелено-болотный.

 

 

Опыт 2

Пробирка №1

В 0.1М раствор манганата (VII) калия наливаем 2 мл разбавленной серной кислоты. Затем добавляем несколько кристалликов нитрата (III) натрия. Раствор обесцветился. Выделился газ.

 

Пробирка №2

В 0.1М раствор дихромата калия наливаем 2 мл разбавленной серной кислоты.

Затем добавляем несколько кристалликов нитрата (III) натрия. Цвет раствора изменился на зеленовато-коричневый. Выделился газ.

Опыт 3

Пробирка №1

В 0.1М раствор манганата (VII) калия добавить 2 мл концентрированного раствора щелочи и несколько кристалликов сульфата (IV) натрия. Цвет раствора изменился на светло-зеленый.

Пробирка №2

В 0.1М раствор манганата (VII) калия добавить 2 мл воды и несколько кристалликов сульфата (IV) натрия. Цвет раствора изменился на желтый.Образовался светло-коричневый осадок.

Опыт 4

 

Сухую пробирку с небольшим количеством кристаллического дихромата аммония нагреть до начала реакции, а затем нагревание прекратить. При этом наблюдаем обилие ярких искр и образуется серовато зеленый оксид хрома (Cr2O3).Цвет порашка увеличился на темно-зеленый. Объем оксида хрома во много раз превышает объем исходного дихромата аммония.

Реакция разложения дихромата аммония протекает с выделением большого количества тепла, поэтому после нагревания соли она протекает самопроизвольно - до тех пор, пока весь бихромат не разложится.

Обсуждение результатов

Опыт 1

Пробирка №1

Смесь обесцветилась, так как роль красителя (розового цвета) принимал на себя ион MnO4-. В ходе реакции Mn7+ в ионе восстанавливается до Mn2+ в MnSO4, поэтомуокраска раствора обесцвечивается.

 

KMnO4+Na2SO3+H2SO4MnSO4+Na2SO4+K2SO4+H2O

K+MnO4- + Na3+2SO32- + H2SO4Mn2+SO42- + Na+2SO42- + K2SO4 + H2O

MnO4-+ 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O │ 2 восстановление
SO32- + H2O → SO42- + 2H+ + 2e- 5 окисление

 

2MnO4- + 16H+ + 5SO32- + 5H2O → 2Mn2+ + 8H2O + 5SO42- + 10H+

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

Пробирка №2

Цвет раствора изменился на зелено-болотный. Так как роль красителя (оранжевого цвета) принимал на себя ион Cr2O72-. В ходе реакции Cr6+ в ионе восстанавливаетсядо Cr3+ в Cr2(SO4)3, поэтомуокраска изменилась на зелено-болотный.

 

K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4→K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O

K+2Cr2O72- + Na+2SO32- + H2SO4→K+2SO42- + Cr2(SO4)2-3 + Na+2SO42- + H2O

 

Cr2O72- + 14H+ +6e-→2Cr3+ + 7 H2O │ 1 восстановление

SO32- +H2O →SO42-+ 2H+ + 2e- 3 окисление

 

Cr2O72- + 14H+ + 3SO32- +3H2O→ 2Cr3+ + 7H2O + 3SO42- + 6H+

 

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4H2O

 

 

Опыт 2

Пробирка №1

Раствор обесцветился, так как роль красителя (розового цвета) принимал на себя ион MnO4 (2-). При его переходе в MnSO4 окраска раствора обесцвечивается.

Выделился газ NO2.

 

KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 → MnSO4 + NO2 + K2SO4 + Na2SO4 + H2O

K(+)Mn(7+)O4 + NaN(3+)O2 + H2SO4→Mn(2+)SO4 +NO2 +K2SO4 +Na2SO4 +H2O

MnO4(2-) + 8 H(+) +5e → Mn(2+) + 4H2O │ 1 восстановление

NO2(-)→NO2 + 1e │ 5 окисление

2 MnO(4-)+ 16 Н(+) + 10 NO(2-) → 2 Mn(2+) + 8 H2O + 10 NO2

 

2KMnO4 + 8H2SO4 + 10NaNO2 = 10 NO2 + 8 H2О + 2 MnSO4 + 5 Na2SO4 + K2SO4

Пробирка №2

Цвет раствора изменился на зеленовато-коричневый. Так как роль красителя (оранжевого цвета) принимал на себя ион Cr2O7 и при его переходе в Cr2(SO4)3 окраска изменилась на зелено- коричневый .(Аналогично Опыту 1 Пробирке 2). Выделился газ NO2.

 

K2Cr2O7 + NaNO2 + H2SO4 → K2SO4+Cr2(SO4)3+Na2SO4 + NO2+H2O

K2Cr2O7 (2-) + NaNO2(-) + H2SO4 → K2SO4+Cr2(3+) (SO4)3+Na2SO4 + NO2+H2O

Cr2O7(2-) + 14H(+)+6e → 2Cr(3+) + 7 H2O │1 восстановление

NO2(-) → NO2 + 1e │6 окисление

 

 

Cr2O7(2-)+ 14H(+)+6NO2(-) → 2Cr(3+) + 7 H2O+6 NO2

К2Cr2O7 +6NaNO2+7H2SO4 = K2SO4+Cr2(SO4)3+3Na2SO4+6NO2+7H2O

Опыт 3

Пробирка №1

Цвет изменился на зеленый, так как роль красителя (розового цвета) принимал на себя ион MnO4 -,при его переходе в MnO4 2- цвет меняется на зеленый. Среда щелочная.

KMnO4 + KOH + Na2SO3 → Na2SO4 + K2MnO4 + H2O

 

KMnO4-+ KOH + Na2SO32-→ Na2SO42- + K2MnO42-+ H2O


MnO4-+ 1e- → MnO42- │ 2 восстановление
SO32-+ 2OH-→ SO42- + H2O + 2e- │ 1 окисление

 

MnO4- + SO32- + 2OH- → MnO42-+ SO42- + H2O

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

Пробирка №2

Цвет изменился на желтый, так как роль красителя (розового цвета) принимал на себя ион MnO4 (-),при его переходе в MnO2(0) цвет меняется на желтый.Выпал бурый осадок MnO2. Среда нейтральная.

 

KMnO4 + H2O + Na2SO3 → Na2SO4 + MnO2 + KOH

KMnO4- + H2O + Na2SO32- → Na2SO42- + MnO2 + KOH

MnO4 -+ 2H2O + 3e- → MnO2+ 4OH- │2 восстановление
SO32-+ 2OH-→ SO42-+ H2O + 2e- │3 окисление

2 MnO4 - + 4H2O + 3SO32- + 6OH- → 2 MnO2+ 8OH- + 3SO42- + 3H2O

 

2KMnO4 + H2O + 3Na2SO3 = 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

Опыт 4

Появляется обилие ярких искр и образуется серовато зеленый Cr2O3- "вулканический пепел". Объем оксида хрома во много раз превышает объем исходного дихромата аммония.
Реакция разложения дихромата аммония протекает с выделением большого количества тепла, поэтому после нагревания соли она протекает самопроизвольно - до тех пор, пока весь бихромат не разложится.

В ходе реакции Cr 6+ восстанавливается до Cr 3+, поэтому цвет (оранжевый) меняется на зеленый. N3- окисляется и переходит в N2 -газ, в результате котороговылетали из пробирки частицы Cr2O3.

 

(NH4)2Cr2O7N2+H2O+Cr2O3

 

(N3-H4)2Cr26+O7N20+H2O+Cr23+O3

2Cr 6+ + 3e- → 2Cr 3+ |2 восстановление
2N3-→ N20 + 6e- |1 окисление

 

(NH4)2Cr2O7 = N2+4H2O+Cr2O3

Выводы:

Изучив теорию,нам удалось выяснить, что в ходе реакции элементы способны менять сою степень окисления. На практике мы убедились, что во всех трех реакциях происходило изменение окраски растворов в зависимости от их среды, природы и восстановителей.

Вредные вещества, применяемые в работе

 

Вещество Действия на организм Профилактика
  K2Cr2O7 Поступая в организм вызывает тяжелые отравления: токсическое воздействие, заболевание органов дыхания и кожи, образование язв. 1)При раздражении слизистой дыхательных путей - свежий воздух, ингаляции содового раствора. 2) При попадании на кожу и слизистые - немедленное обильное промывание проточной водой.
  KOH При попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза образуются серьёзные химические ожоги. При контакте слизистых поверхностей с едкой щёлочью необходимо промыть поражённый участок струей воды, а при попадании на кожу слабым раствором уксусной кислоты.
  H2SO4 Поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. 1)При попадании в глаза после обильного промывания впустить по 1 капле 2% раствора новокаина или 0,5% раствор дикаина с адреналином. 2) При раздражении слизистой дыхательных путей - свежий воздух, ингаляции содового раствора. 3) При попадании на кожу - немедленное обильное промывание проточной водой.
  KMnO4 Поражение кожи: аллергическая реакция, раздражение. Раздражение слизистых оболочек. 1)При попадании на кожу - немедленное обильное промывание проточной водой. 2)При попадании внутрь – промывание желудка H2O2.
  (NH4)2Cr2O7 Является веществом,небольшая доза которого может привести к литальному исходу. Избегать попадания на кожу, в глаза, а особенно в полость рта.
         

Литература

1)Окислительно-восстановительные реакции: Методические указание для студентов нехимических специальностей. –Горький: Горьков. Политехнический университет. П.И. Шанина, Т.И. Молева. 1988 год.

2)Общая и неорганическая химия. Н.С.Ахметов. 2005 год.

3)Интернет ресурсы:

свободная интернет-энциклопедия “Википедия”(http://ru.wikipedia.org)

 

Нижегородский Государственный Технический Университет им. Р.Е. Алексеева

Кафедра «Органическая химия»

 

 

Лабораторная работа по теме

«Скорость химических реакций.

Химическое равновесие»

Выполнил: Студент гр. 11-МТ

Семаев Е.Д.

Проверил: Кутьин Александр

Павлович

Нижний Новгород

Год

Цель работы

Изучить скорость химических реакций и установить,от каких факторов она зависит в различных процессах.

 

Теоретический материал.

Скорость химической реакции — изменение количества вещества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. Является ключевым понятием химической кинетики. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому, если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.

 

Реакции могут быть гомогенными и гетерогенными.

Гомогенные реакции протекают в однородной среде без каких-либо границ раздела между реагирующими веществами,к ним относятся процессы в газовой фазе или жидком растворе.Гомогенные реакции происходят равномерно во всем объеме.Скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации одного из веществ,участвующих в процессеза единицу времени.

Гетерогенные реакции протекают в неоднородной среде,разделенной на отдельные части границами раздела;к ним относятся процессы между веществами,находящимися в разных фазах.Гетерогенные реакции происходят на границу раздела фаз.

Скорость реакций зависит от природы реагирующих веществ и от условий,в которых она протекает:концентрации,температуры,давления и присутствия катализатора.

Химические реакции подразделяют на элементарные и сложные. При элементарной реакции в системе протекает только один процесс и уравнение реакции раскрывает её механизм.При сложной реакции,уравнение является формальным,оно не отражает реальный механизм,а показывает лишь начальное и конечное состояние веществ.

Молекулярность элементарной реакции — число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия.

Мономолекулярные реакции — реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы (изомеризация, диссоциация и т. д.):

H2S → H2 + S

Бимолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении двух частиц (одинаковых или различных):

СН3Вr + КОН → СН3ОН + КВr

Тримолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении трех частиц:

О2 + NО + NО → 2NО2

Реакции с молекулярностью более трёх неизвестны.

Для элементарных реакций, проводимых при близких концентрациях исходных веществ, величины молекулярности и порядка реакции совпадают. Чётко определенной взаимосвязи между понятиями молекулярности и порядка реакции нет, так как порядок реакции характеризует кинетическое уравнение реакции, а молекулярность — механизм реакции.

 

Основным законом химической кинетики является закон действия масс Гульдберга и Вааге. Он устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях приравновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ.

Закон действующих масс в кинетической форме (основное уравнение кинетики) гласит, что скорость элементарной химической реакциипропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции[1]. Это положение сформулировано в 1867 году норвежскими учёными К. Гульдбергом и П. Вааге. Для элементарной химической реакции:

закон действующих масс может быть записан в виде кинетического уравнения вида:

где — скорость химической реакции, — константа скорости реакции.

Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале (обычно от 0 °C до 100 °C). Я. Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило:

При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два — четыре раза.

Уравнение, которое описывает это правило следующее:

где — скорость реакции при температуре , — скорость реакции при температуре , — температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).

Следует помнить, что правило Вант-Гоффа применимо только для реакций с энергией активации 60-120 кДж/моль в температурном диапазоне 10-400oC. Правилу Вант-Гоффа также не подчиняются реакции, в которых принимают участие громоздкие молекулы, например белки в биологических системах. Температурную зависимость скорости реакции более корректно описывает уравнение Аррениуса.

Из уравнения Вант-Гоффа температурный коэффициент вычисляется по формуле:

Энергия активации в химии и биологии — минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция. Термин введён Сванте Августом Аррениусом в 1889. Типичное обозначение энергии реакции Ea.

В химической модели, известной как Теория активных соударений (ТАС), есть три условия, необходимых для того, чтобы произошла реакция:

§ Молекулы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.

§ Молекулы должны обладать необходимой энергией (энергией активации). В процессе химической реакции взаимодействующие молекулы должны пройти через промежуточное состояние, которое может обладать большей энергией. То есть молекулы должны преодолеть энергетический барьер; если этого не произойдёт, реакция не начнётся.

§ Молекулы должны быть правильно ориентированы относительно друг друга.

Влияние этих факторов на скорость реакции может быть учтено при помощи так называемого серического фактора P:

A=PZ

A-предэкспоненциальный множитель,отвечающий общему числу соударений молекул Z, реагирующих веществ в единицу объема за единицу времени.

Уравнение Аррениуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции от температуры .

 

Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Количество катализатора, в отличие от других реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор участвует в реакции. Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно (до миллиона раз) повторяется.

 

 


Дата добавления: 2015-10-23; просмотров: 112 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Основная форма| Практическая часть

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.033 сек.)