Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Конспекты / Конспект теоретического занятия в рамках подготовки к ЕГЭ по химии на тему "ОВР, электролиз, коррозия"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Химия

Конспект теоретического занятия в рамках подготовки к ЕГЭ по химии на тему "ОВР, электролиз, коррозия"

библиотека
материалов

Занятие 11.

1.Окислительно-восстановительные процессы.

2.Электролиз растворов и расплавов электролитов.

3. Коррозия металлов и способы защиты от коррозии.

4. Задачи на электролиз и пластинку.

Теория.

Окислительно-восстановительные процессы


Все процессы неорганической химии можно разбить на две группы:

  • Процессы, идущие без изменения степени окисления атомов элементов в составе реагирующих веществ. К ним относятся различные случаи обмена атомами или ионами: так называемые реакции обмена.

  • Процессы, идущие с изменением степеней окисления атомов элементов в составе реагирующих веществ. Такие химические реакции принято называть окислительно-восстановительными реакциями.


Химические реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов или ионов, образующих реагирующие вещества, называют окислительно-восстановительными реакциями.


В окислительно-восстановительных реакциях электроны не уходят из сферы реакции, а переносятся от одного элемента к другому.

В окислительно-восстановительных реакциях идут два процесса: процесс окисления потеря электронов окисляющимся веществом, и процесс восстановления – присоединении электронов восстанавливающимся веществом.


В данном случае несущественно, переходят ли электроны с одного атома на другой (ионная связь) или же только более или менее оттягиваются (ковалентная полярная связь). Поэтому мы говорим об отдаче или присоединении электронов независимо от действительного типа химической связи в веществе.


Вещества, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях, и у которых
изменились степени окисления, являются либо окислителями, либо восстановителями.


Окислитель - это атомы, ионы или молекулы, которые принимают электроны.
Восстановитель - это атомы, ионы или молекулы, которые отдают электроны.


Пример1:

Zn0 + 2H+1Cl = Zn+2Cl2 + H20

Мы видим, что степень окисления цинка меняется от 0 до +2, а степень окисления водорода от +1 до 0. Следовательно, в ходе этой реакции атом цинка теряет два электрона, т.е. окисляется (восстановитель), а водород принимает два электрона, т.е. восстанавливается (окислитель).


Задание 1:

  • 5HClO3+6 P +9 H2O=6H3PO4+ 5HCl

  • Cu+2H2SO4= CuSO4+ SO2+2H2O

Определите степени окисления элементов. Назовите окислитель и восстановитель.


Типичные восстановители и окислители.

Окислители:

1) вещества (оксиды, кислоты, соли) с максимально положительной или высокой степенью окисления входящего в них элемента.

Например: кислоты – HNO3, H2SO4, HClO4, H2Cr2O7;

соли – KСlO4, KClO3, KNO3, KMnO4, K2Cr2O7;

оксиды –PbO2, Mn2O7, CrO3, N2O5

2) Активные неметаллы – фтор, кислород, озон

Восстановители:

1) Bсе металлы в нулевой степени окисления!!! (они могут только отдавать электроны);

2) Bещества с минимально возможной (отрицательной) степенью окисления неметалла.

Например: водородные соединения – РН3, NH3, HI, HBr, H2S;

соли – KI, NaBr, K2S.


Все остальные вещества в зависимости от условий могут быть как окислителями, так и восстановителями: Н2О2, KNO2, Cl2, простые вещества-неметаллы могут как принимать, так и отдавать электроны.

Задание 2: Укажите, какую роль в окислительно-восстановительных реакциях могут играть следующие вещества:

  • H2S, P, HCl, Cu, H2SO4, SO2, H2O2, HNO3, Mg, F2, MnO4-, Cr+3.

Уравнения окислительно-восстановительных реакций составляют, пользуясь методом ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА: число отданных и принятых электронов должно быть одинаково.

Пример: Н N+5O3 + C0

Азотная кислота – типичный окислитель. Восстанавливается до N+4O2, углерод в этой реакции будет восстановителем, окислится до С+4О2.

HN+5O3 + C0 С+4О2 + N+4O2+ Н2О

hello_html_1d43169e.gifСоставляем электронный баланс:

N+5 + 1е N+4 4 – окислитель, восстанавливается

C0 – 4 е С+4 1 – восстановитель, окисляется.

Таким образом, в уравнении реакции перед оксидом азота и азотной кислотой должен стоять коэффициент 4, а перед углеродом и углекислым газом – 1. Остаётся уравнять воду.

4HNO3 + C à СО2 + 4NO2+ 2Н2О

Задание 3:

Поставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

  • Ca3( PO4)2 + Al → Ca3P2 + Al2O3

  • KI + KNO2 + H2SO4 → NO + I2 + K2SO4 + H2O

  • NH3+ CuO = Cu+ N2+ H2O

  • NH3+ Na = NaNH2 + H2

Окислительно-восстановительные процессы зависят от реакции среды:

Чаще всего окислитель или восстановитель является таковым только в определенной среде. Иногда влияние среды определяет направление протекания реакции, а также, продукты восстановления или окисления.

Пример:

  • Направление

____в щелочной среде___

3I2+ 3H2O = HIO3+ 5HI

В кислой среде__

  • Среда определяет продукты реакции:

Сa3P2+KMnO4+H2SO4= MnSO4+ CaSO4+ H3PO4+ K2SO4+ H2O

среда

Сa3P2+KMnO4+H2O= MnO2+ Ca3(PO4)2+KOH

среда

Главные схемы окислительно-восстановительных переходов

KMnO4

(малиновый раствор)

hello_html_m7cac3ce1.gifhello_html_6518b998.gif + восстановитель


кислая среда:

Mn2+

(MnCl2, MnSO4)

Обесцвечивание

нейтральная среда:

Mn +4

(MnO2 бурый осадок)

щелочная среда:

Mn+6

(K2MnO4,

зеленый раствор)

Задание 4: Написать уравнения реакций, указав продукт восстановления марганца. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

KMnO4+ KNO2 + H2SO4 K2SO4 + KNO3 + H2O + …

KMnO4+ KNO2 + KOH KNO3 + H2O + …

KMnO4+ KNO2 + H2O KNO3 + КОН + …

2. Дихромат и хромат как окислители.

K2Cr2O7 (кислая и нейтральная среда),

K2CrO4 (щелочная среда) + восстановители всегда получается Cr+3

кислая среда

нейтральная среда

щелочная среда

Соли тех кислот, которые участвуют в реакции:

CrCl3, Cr2(SO4)3

Cr(OH)3

K3[Cr(OH)6] в растворе,

K3CrO3 или KCrO2 в расплаве

Задание 5: Написать уравнения реакций, указав продукт восстановления хрома. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

K2Cr2O7 + KJ + H2SO4 J2 + K2SO4 + H2O + …

K2CrO4+ KJ +КОН J2 + H2O + …



Схема 3: Повышение степеней окисления хрома и марганца

+3 + очень сильные окислители: (всегда независимо от среды!) Cr+6

Cr2O3, Cr(OH)3, соли, гидроксокомплексы

+ очень сильные окислители:

а)KNO3, кислородсодержащие соли хлора (в расплаве)

б) Cl2, Br2, H2O2 (в растворе)

Щелочная среда: образуется хромат K2CrO4

Cr(OH)3, соли

+ очень сильные окислители: PbO2, KBiO3

Кислая среда: образуется дихромат K2Cr2O7 или дихромовая кислота H2Cr2O7


KNO3, кислородсодержащие соли хлора (в расплаве)

Щелочная среда: Mn+6 K2MnO4 – манганат

Mn+2 – соли


+ очень сильные окислители:PbO2, KBiO3

Кислая среда: Mn+7: KMnO4- перманганат HMnO4 – марганцевая кислота

Задание 6: Написать уравнения реакций, указав продукт окисления хрома и марганца. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

CrCl3 + Cl2 + KOH → ... + KCl + H2O

MnO2 + KNO3 + KOH → ... + KNO2 + H2O


Схема 4: Азотная кислота.




Разложение нитратов (по ряду активности).

KNO3 КNO2 + O2

нитрит

металла + кислород

2. От магния

до меди + литий

Mg(NO3) 2 MgO + NO2 + O2

оксид

металла* + NO2 + O2

3. После меди

AgNO3 Ag + NO2 + O2

металл + NO2 + O2

*оксид металла в наиболее устойчивой степени окисления



Задание 7:

Написать уравнения реакций. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

а) реакции концентрированной азотной кислоты с Р, С, Cu, Mg

b) реакции разбавленной азотной кислоты с Al, Fe, Cu.

Задание 8:

Написать уравнения реакций разложения нитратов калия, меди(2), свинца, серебра


Схема 5. Серная кислота.

- SO2 + сульфат металла


сульфат металла



(в минимально возможной степени окисления)



+ Н2

Железо

только при нагревании

SO2 + сульфат металла (+3)

Алюминий

Хром

Не реагирует

бериллий

Не реагирует

щелочные

Н2S + сульфат металла

щелочноземельные и магний

S + сульфат металла

неметаллы

SO2 + неметалл в высшей степени окисления.


Сульфаты:

  1. Сульфаты щелочных металлов – плавятся без разложения.

  2. Сульфаты металлов средней активности – при нагревании разлагаются с образованием соответствующего оксида.

hello_html_1ed3c0f1.gif

  1. При разложении сульфата переходного металла в низкой степени окисления – образуется оксид (с более высокой степенью окисления)

hello_html_2f54c955.gif

  1. Сульфаты тяжелых металлов – разлагаются с образованием соответствующего металла.

hello_html_m68414331.gif

  1. Сульфаты металлов при прокаливании с углем – восстанавливаются до сульфидов.

BaSO4+2C = BaS + 2CO2


Задание 9: Написать уравнения реакций. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

а) реакции концентрированной серной кислоты с C, Cu, Ca.

b) реакции разбавленной серной кислоты с Al, Cr.


Задание 10: Написать уравнения возможных реакций разложения сульфатов калия, железа(2), железа(3), ртути


Схема 6: Диспропорционирование

Реакции диспропорционирования – это реакции, в которых один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем, одновременно и повышая, и понижая свою степень окисления.

Простые вещества:

S0 S-2

и S+4

Фосфор + щелочь фосфин РН3 и соль ГИПОФОСФИТ КН2РО2 (реакция идёт при кипячении)

Р0 Р-3

и Р+1

Хлор, бром, иод + вода (без нагревания) 2 кислоты, HCl, HClO

Хлор, бром, иод + щелочь (без нагревания) 2 соли, КCl и КClO и вода

Cl20 Cl-1

и Cl+1

Хлор, бром, иод + вода (при нагревании) 2 кислоты, HCl, HClO3

Хлор, бром, иод + щелочь (при нагревании) 2 соли, КCl и КClO3 и вода

Cl20 Cl-1

и Cl+5

Пример: Сl2 + KOH = KCl + KClO + H2O (холодный раствор)

Задание 11: Написать уравнения реакций взаимодействия серы с раствором гидроксида натрия (при кипячении). Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:


Оксиды, соли

NO2 + вода 2 кислоты, азотная и азотистая

NO2 + щелочь 2 соли, нитрат и нитрит

N+4 N+3

и N+5

K2SO3 –(t) сульфид и сульфат

S+4 S-2

и S+6

KClO3 –(t) 2 соли, хлорид и перхлорат КСlO4

В присутствии катализатора разлагается на кислород и хлорид калия.

Cl+5 Cl-1

и Cl+7


Задание 12: Написать уравнения реакций взаимодействия оксида азота (IV) с раствором гидроксида бария. Поставьте коэффициенты методом электронного баланса:

6. Запомните особенности поведения некоторых окислителей и восстановителей:

а) кислородсодержащие соли и кислоты хлора обычно переходят в хлориды:

Пример: КClO3 + P = P2O5 + KCl

б) если в реакции участвуют вещества, в которых один и тот же элемент имеет степени окисления отрицательную и положительную – они встречаются в нулевой степени окисления (выделяется простое вещество).

Пример: H2S + SO2 = S + H2O

Восстановители + KMnO4 или K2Cr2O7:

а) S2-, I-, Br-, Cl- переходят в Э0

б) Р-3, As-3 +5

в) N+3,S+4, P+3, и т.п. в высшую степень окисления (соль или кислота)

7. Вещества с двойственной природой:

Н2О2 + окислитель O2

+ восстановитель Н2О или ОН-

КNO2 + окислитель KNO3

+ восстановитель NO

Чётко запомните, как отличаются активности неметаллов, какой из неметаллов более активен, а какой менее.

Более активный неметалл будет окислителем, а менее активный будет довольствоваться ролью восстановителя, если они реагируют друг с другом.

H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F

-------------------------------------------------->

увеличение электроотрицательности

Электролиз

Электролиз – это процесс разложения расплавов и растворов электролитов под действием электрического тока.

В раствор или расплав какого-либо электролита опускают электроды: катод (-) и анод (+).

Пропускание электрического тока через раствор или расплав вызывает разрядку на электродах частиц, из которых он состоит.

На катоде происходит восстановление катионов,

на анодеокисление анионов.

Электролиз расплавов.

1) Расплав хлорида натрия. Он содержит катион натрия и анион хлора.


На катоде: восстанавливается КАТИОН натрия, на аноде окисляется АНИОН хлора:

hello_html_d753f24.gifкатод: Na+ + 1e Na0 2

анод: 2Cl- - 2e Cl20 1

Cуммарное уравнение электролиза: 2 NaCl(расплав) -(эл. ток) 2Na + Cl2


2) Расплав гидроксида натрия.

4NaOH (расплав) -(эл. ток)à 4Na + O2 + 2H2O

hello_html_d753f24.gifкатод: Na+ + 1e Na0 4

анод: 4ОН- - 4e O2 + 2H2O 1


3) Расплав оксида алюминия в криолите.

(Криолит – Na3[AlF6], в нем температура плавления оксида алюминия меньше). Электролиз проводится на графитовых электродах, при этом часть электрода сгорает в выделяющемся кислороде, выделяются оксиды углерода.

2Al2O3 (расплав) -(эл. ток)à4 Al + 3O2

Электролиз растворов электролитов (с инертными электродами)

(в процессе могут участвовать молекулы воды, материал электродов – не участвует).

1. Металлы после Н:

восстанавливаются на катоде

Меn++ne- Ме0

На катоде выделяется металл.

1. Анионы бескислородных кислот (кроме F-) – окисляются до простого вещества: S2- >I- >Br ->Cl-

2. Металлы после Al до Н:

идёт два параллельных процесса:

а) восстановление металла

Меn++ne- Ме0

б) восстановление воды:

2H2O + 2e- Н20↑+2ОН-

На катоде выделяется металл и водород.

2. Анионы кислородсодержащих кислот и F- не окисляются, идёт окисление воды:

2H2O-4e- О20+4H+

3. Металлы до алюминия (включительно) – НЕ восстанавливаются, идёт восстановление воды:

2H2O + 2e- Н20↑+2ОН-

На катоде выделяется водород.

3. Если есть ОН-:

он окисляется с выделением О2↑:



Примеры:

1) раствор хлорида натрия.

NaCl + H2O -(эл. ток)à

катод: около катода Na+ и H2O. Натрий находится в ряду левее Al,

hello_html_721f1b09.gifпоэтому идёт восстановление воды.

2О +2е- H20 + OH- 1

анод: около анода хлорид-анион

и вода. Окисляется ион Cl-

2Cl- + 2e Cl2 1

Cуммарное уравнение электролиза:

2NaCl + 2H2O -(эл. ток)à Сl2 + H2 + 2NaOH

На электродах выделяются газообразные продукты – хлор и водород, в растворе накапливается гидроксид натрия.


2) раствор сульфата меди (II)

CuSO4 + H2O -(эл. ток)

катод: около катода Cu2+ и H2O.

Медь находится в ряду после Н, поэтому она сама будет восстанавливаться на катоде:

hello_html_721f1b09.gif Cu2+ +2е Cu 1

анод: около анода – сульфат- анион

и вода. Окисляется вода.

2H2O + 2e O2 + 4H+ 1

Cуммарное уравнение электролиза:

CuSO4 + H2O -(эл. ток)àCu + O2 + H2SO4

На катоде выделяется металл – медь, на аноде – газообразный кислород, в растворе накапливается серная кислота.


Таким образом, сравнивая активность тех молекул и ионов, которые находятся у каждого электрода, мы можем определить, какое вещество выделяется на каждом электроде в первую очередь.


Задание 13: Написать уравнения реакций электролиза растворов следующих солей: K2SO4, AgNO3, CuI2


Электролиз с растворимыми электродами.

В случае, если электроды НЕинертны, то происходит окисление материала анода

Пример: Электролиз раствора хлорида меди с медными электродами.

CuCl2 + H2O -(эл. ток)

катод: около катода Cu2+ и H2O.

Медь находится в ряду после Н, поэтому она сама будет восстанавливаться на катоде:

hello_html_721f1b09.gif Cu2+ +2е Cu0 1

анод: около анода – хлорид- анион,

вода и сам материал анода (медь).

Окисляется материал анода.

Cu0 - 2e-Cu2+ 1

на аноде – происходит растворение материала анода (окисление), на катоде – восстановление катионов меди, в растворе – хлорид меди (II). Масса катода растет, масса анода уменьшается.


Электролиз смеси веществ:

  1. На катоде восстанавливается в первую очередь более электроотрицательный элемент. (стоящий в ряду напряжений правее)

  2. На аноде окисляется менее электроотрицательный элемент.

Пример:

СuF2 + MnCl2 (раствор)-(эл. ток)Cu0+ Cl2+ MnF2


катод: около катода Cu2+, Mn2+ и H2O.

Медь находится в ряду после Н и после Mn, поэтому она сама будет восстанавливаться на катоде:

hello_html_721f1b09.gif Cu2+ +2е Cu0 1

анод: около анода – хлорид- анион, F-

вода. Окисляется Сl-

2Cl- - 2e-Cl20 1


В растворе: накапливается MnF2.



Задание 14: Написать уравнения реакций протекающих при электролизе раствора нитрата серебра на серебряных электродах.




Коррозия металлов.


Коррозия – это разрушение металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

  1. Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности;

  2. Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии;

  3. Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов, её называют газовой.

3Fe + 2O2 Fe3O4

В аппаратах химических производств возможны процессы:

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

2 Fe + 3Cl2 2FeCl3


Электрохимическая коррозия разрушение металла в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов. В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе:

Электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).


В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к меди, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+,

а на поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

а) 2H+ + 2e = H2;

б) O2 + 2H2O + 4e=4OH

hello_html_77f41811.jpg

Пример: при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

анод: Fe –2e = Fe 2+,

катод: 2H+ + 2e = H2

Суммарная реакция:

Fe + 2H+ = H2 + Fe2+ ,

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

анод: Fe –2e = Fe 2+,

катод: O2 + 2H2O + 4e=4OH

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH = Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2+ 2H2O = 4Fe(OH)3

Образуется ржавчина.



Методы защиты от коррозии.

а) Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).

б) Покрытие краской, лаками, смазками.

в) Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте)

Нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Добавление в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии (веществ, подавляющих процессы коррозии)

Протекторная защита: присоединение к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протекторов.


Автор
Дата добавления 20.04.2016
Раздел Химия
Подраздел Конспекты
Просмотров200
Номер материала ДБ-043181
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх