Учебное пособие «В мире окислительно-восстановительных реакций»

М униципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Сюмсинская средняя общеобразовательная школа

В мире окислительно-восстановительных реакций

Автор: учитель химии высшей категории МБОУ Сюмсиснкой СОШ Осипова С.М.

Оглавление

Предисловие………………………………………………………………………4

ГлаваI. Сущность окислительно-восстановительных реакций……………….5

ГлаваII. Методы сотавления окислительно-востановительных реакция…….9

ГлаваIII. Окислительно-восстановительные потенциалы……………………12

ГлаваIV. Электролиз как окислительно-восстановительный процесс………14

ГлаваV. И в технике и в жизни… …………………………………………...15

Предисловие

Электрон завоевал физику, а потом и химию, став для этой науки почти идолом. Окислительно-восстановительные реакции находятся во власти электронных переходов от одного атома к другому как внутри молекулы, так и между молекулами. Данное учебное пособие предназначено для учащихся 10-11 классов средней школы в качестве дополнительного материала при изучении окислительно-восстановительных реакций. Они найдут в нём немало познавательного материала, который, возможно, окажет влияние на их выбор профессии.

В учебном пособии представлены миниатюрные рассказы и занимательные вопросы по теме «Окислительно-восстановительные реакции». Ответить на приведенные здесь вопросы и выполнить все задания совсем не просто. Для этого требуются знания и смекалка. Материал данного пособия не дублирует школьного курса, позволяет удовлетворить познавательные потребности старшеклассников, способствует расширению представления об окислительно-восстановительных реакциях. Пособие может быть полезно учителям химии.

ГлаваI

Сущность окислительно-восстановительных реакций

1.1. Он окисляет воду

Существует газ- окислитель, который сильнее кислорода: в нем горит даже вода. Что получается в результате такого горения?

1.2. П оджигает … вода!

Если смешать порошок металла (цинка или алюминия) с измельченными кристаллами некоторого неметалла, а потом добавить каплю воды, начинается бурная окислительно-восстановительная реакция с выделением теплоты, света и фиолетовых паров. Что это за реакция?

1.3. Горючая смесь для немецких ракет

Горючее для немецких ракет «Фау», которыми фашисты обстреливали Лондон в 1944 г., представляло собой бесцветную, сильно дымящую на воздухе жидкость, хорошо растворимую в воде. В молекулах этого вещества содержались атомы только водорода и азота. Второй компонент горючей смеси немецких ракет («окислитель») – тоже был жидким, но светло-желтого цвета: при комнатной температуре он начинал выделять бурые пары. В составе молекул «окислителя» содержались атомы только азота и кислорода. Смесь «горючего» и «окислителя» самовоспламенялась. Что это за вещества и как они взаимодействуют между собой?

1.4. Цветная загадка

Какое вещество может реагировать с хлоридом железа (III), выделяя желтый осадок, и взаимодействовать с нитратом свинца (II) с выпадением темно-коричневого осадка? Какое вещество взаимодействует с хлоридом железа (III), окрашивая его раствор в коричневый цвет, и дает желтый осадок, реагируя с нитратом свинца (II)?

1.5. «Страшилка»

В этой темной-темной комнате, в черном-черном шкафу, на черной-черной полке стояла большая-пребольшая запечатанная бутыль, а в бутыли – смесь двух газов, бесцветного и желто-зеленого. Пришли люди в черной-черной одежде, достали бутыль с полки, поставили на черный-черный стол и… включили свет! Угадайте, что было дальше.

1.6. Ошибка аппаратчика

На фармацевтическом заводе произошла курьезная история. Недавно принятый на работу аппаратчик по ошибке пустил поток газа, нужного для другой операции, в стеклянный реактор с суспензией йода в воде. То, что произошло, его поразило: черно-фиолетовые частички йода исчезли, на дно и стенки реактора начал оседать желтовато-белый осадок… Проба жидкости от нескольких капель индикатора метилоранжа окрасилась в красный цвет. Немного придя в себя, аппаратчик подошел к другому реактору, где находилась эмульсия брома в воде, и снова открыл не тот кран. В реактор пошел газ, который обесцветил жидкость. В пробе продукта оказались сульфат-ионы. Аппаратчик был расстроен и ждал от начальства строгого взыскания за ошибки. Что же произошло в реакторах?

1.7. Остался один

При растирании в фарфоровой ступе порошка цинка с кристаллами нитрата серебра начинается экзотермическая реакция, приводящая к расплавлению смеси и выделению красно-бурого газа. По окончании реакции в ступке остается темно-серое вещество, обработка которого серной кислотой превращает его в черный порошок. Какие реакции здесь протекают?

1 .8. Вот так «изобретение»!

Чтобы обнаружить присутствие в воздухе монооксида углерода - вредного и ядовитого «угарного» газа, часто пользуются индикаторными трубками, наполненными белым порошком оксида йода (V), который под действием СО восстанавливается до черного порошкообразного йода. Подобного же рода реакция с выделением йода идет при пропускании СО в подкисленный раствор иодата натрия NaIO₃. Некий изобретатель - самоучка решил усовершенствовать процесс определения угарного газа в воздухе и предложил применять в качестве реактива на СО смесь иодата натрия и иодоводородной кислоты. Но эксперты отказали ему в выдаче патента на изобретение. Как вы думаете. Как вы думаете, почему?

1.8. Насмешил!

Студент-первокурсник не утруждал себя подготовкой к занятиям и насмешил всех, когда сделал в трех уравнениях реакций десять ошибок:

N aCI + H₂SO₄(разб).= СI₂ + NaHSO₄

N aBr + H₂SO₄(разб.) = Вг₂ + NaHSO₄

K I + H₂SO₄(разб.) = I₂ + KHSO₄НЕВЕРНО!

Найдите и исправьте эти ошибки.

1.9. Из одной соли – две

Раствор, приготовленный из гептагидрата сульфита натрия Na₂SO₃·7Н₂О, имеет значение водородного показателя рН > 7 (среда щелочная). Если же эту соль прокалить при 600 С, а остаток от прокаливания растворить в воде, то значение рН возрастет и может даже достичь 13. При добавлении к такому раствору соляной кислоты выделится газ с отвратительным запахом, который мгновенно превращает бумажку, пропитанную раствором сульфата меди (II), из голубой в черную. Что же получилось при прокаливании сульфата натрия?

1.10. «Разборчивый» гексафторид серы

В сем, кто основательно изучал неорганическую химию, известен гексафторид серы – бесцветный, не имеющий запаха, негорючий газ, химически инертный к растворам щелочей, хлороводорода и фтороводорода. Поэтому под названием «элегаз» его используют в качестве электроизолятора в генераторах высокого напряжения.

Когда баллон с гексафторидом серы временно поставили в лаборатории, никто не возражал, хотя было известно, что вентиль не вполне исправен и немного пропускает газ. Вечером сотрудники лаборатории забыли плотно закупорить склянку с иодоводородной кислотой, а утром их ждал неприятный сюрприз. Комната была заполнена фиолетовым туманом с неприятным запахом тухлых яиц, а в стакане с раствором нитрата свинца плавали черные частички, похожие на сажу. Что же произошло в лаборатории?

1 .11. Командует пиролюзит

В 1818 г. французский химик Луи Жак Тенар открыл пероксид водорода, а позднее он изучил каталитическое действие минерала пиролюзита (природного диоксида марганца) на разложение Н₂О₂ до кислорода и воды. С тех пор эта реакция служит эталоном при изучении каталитических процессов. Пиролюзит также помогает выделить кислород на бертолетовой соли. Как это происходит?

ГлаваII

Методы составления окислительно-востановительных реакция

2 .1. Химический хамелеон

В ХIХ в. для химического анализа различных веществ применялся раствор «хамелеона». В исходном состоянии он был фиолетовым, а при реакциях с восстановителями в кислотной среде обесцвечивался. Если реакции протекали при большом избытке щелочи, раствор становился зеленым. А в нейтральной среде восстановители делали «хамелеона» буро-коричневым. О каком веществе идет речь? Составьте уравнения химических реакций методом полуреакций

2.2. Химическая «угадайка»

В руки учеников попали обрывки бумаги – черновики учителя, готовившего задания для контрольной работы. Все коэффициенты в уравнениях реакций были поставлены правильно. Какие же вещества вступили в реакции, если получились следующие продукты:

H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

H₃PO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

CuSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

ZnO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

B(OH)₃ + 3NO₂

2.5. Простой вопрос

Смесь цинка и сульфида цинка обработали концентрированной азотной кислотой и увидели выделение красно-бурого газа. К полученному бесцветному раствору добавили хлорид бария, и выпал белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте. Какие вещества содержались в растворе над осадком?

2.3. Ошибка лаборанта

Для получения сероводорода на лекциях использовали аппарат Киппа с кусочками сульфида железа и разбавленной соляной кислотой. Но вот на очередную лекцию лаборант вынес аппарат, все внутренние стенки которого были покрыты беловато-желтым налетом, а вместо прозрачного раствора кислоты пузырилась мутная, слегка желтоватая жидкость. Профессор потребовал немедленно унести аппарат и перезарядить его, так как вместо разбавленной соляной в нем оказалась серная кислота, к тому же концентрированная. Что произошло в аппарате Киппа?

2.4. Цепочка «серебряных» превращений

Химик исследовал поведение иода и серебра в растворах разного состава. Сначала он высыпал порошок иода в нагретый водный раствор гидроксида калия и получил прозрачный бесцветный раствор. После охлаждения он добавил к этому раствору избыток нитрата серебра и получил осадок светло-желтого цвета. Химик фильтрованием отделил от раствора осадок, промыл его водой и обработал избытком раствора аммиака. Он заметил, что только часть осадка перешла в раствор, а оставшаяся часть стала более желтой; этот остаток был перенесен в водный раствор сульфида натрия. Выпал черный осадок, который под действием азотной кислоты пожелтел, и при этом выделился бесцветный газ, буреющий на воздухе.

Каков состав получаемых при этих превращениях веществ и какие реакции здесь протекают?

2.5. Перманганатная «самодеятельность»

В сильнощелочном растворе перманганат калия при кипячении превращается в манганат с переходом фиолетовой окраски раствора в зеленую при одновременном выделении газа. Затем из охлажденного раствора начинает выпадать бурый осадок, и раствор снова становится фиолетовым. Какие реакции отвечают этим процессам?

2.6. Отважный реагент

Студент неосмотрительно оставил на столе в фарфоровой чашке кусочек белого фосфора. Фосфор в скором времени вспыхнул, выделяя густые клубы дыма. Недолго думая, студент схватил первую попавшуюся колбу с голубым раствором надписью «Отходы» и вылил ее содержимое на горящий фосфор. Пламя исчезло. Что это были за отходы, никто не знал. Однако студент отметил, что на кусочках фосфора, залитого «отходами» появился красно-коричневый налет. А добавление к остатку «отходов» сульфида натрия вызвало появление черного осадка. Помогите установить состав голубого раствора.

2.7.Загадочные смеси

Можно ли приготовить растворы, которые содержали бы одновременно: а) сероводород и перманганат калия; б) нитрит калия и хромат калия; в) иодоводородную кислоту и иодат калия?

2.8. Три раствора

На практическом туре городской олимпиады по химии школьникам дали задание приготовить три раствора. Первый раствор должен был содержать иодоволородную кислоту и дихромат калия, второй – хромат калия и бромид калия, третий – хлорид железа (III) и иодид калия. Победителем тура стал тот на участников, который приготовил только один раствор. Какой именно раствор он приготовил?

ГлаваIII

Окислительно-восстановительные потенциалы

3.1. Обновили!...

Серебряные столовые приборы часто украшают «черненым» рисунком. Подобные узоры можно встретить и на мельхиоровых ложках, вилках и ножах. Однажды после званого ужина все ложки, вилки и ножи, залив мыльной водой, оставили в тазике из оцинкованного железа. Наутро оказалось, что все приборы из серебра и мельхиора стали белыми как снег, а столь ценный «черненый» рисунок пропал. Что же произошло?

3.2. «Сундук с электричеством»

Немецкий физик и химик Вальтер Фридрих Герман Нерист в 1889 г. разработал теорию гальванического элемента. В 1906 г. он сформулировал третий закон термодинамики, который связан с понятием об абсолютном нуле температур. Но Вальтер Нернст был не только теоретиком, но и умелым изобретателем: он создал свинцовый аккумулятор. Что это такое?

3.3.Алюминий подвел

Железную водосточную трубу закрепили на стене дома хомутами из алюминиевого сплава. Через несколько лет во время сильного дождя труба рухнула на тротуар. Оказалось, что крепежные детали из алюминиевого сплава подвергались сильной коррозии, хотя кровля дома, сделанная из того же сплава, безупречно служила уже полтора десятка лет. Почему так сильно отличалось поведение алюминиевых изделий?

3.4. Гесс и «солероды»

Российский химик Герман Иванович Гесс в 1831 г. изучал химию «солеродов» (так он называл галогены). Однажды он добавил порошок йода к подкисленному водному раствору бертолетовой соли и с изумлением обнаружил, что выделяется хлор. Химики того времени уже знали, что газообразный хлор вытесняет йод из иодидов щелочных металлов, а не наоборот. Затем Гесс добавил красно-коричневую бромную воду к раствору тиосульфата натрия и получил бесцветную жидкость, где он обнаружил присутствие сульфат-ионов. Когда же он высыпал в раствор тиосульфата натрия порошок йода, то йод растворился и обесцветился, но сульфат-ионы не появились. Как объяснить опыты Гесса?

3.5. Подсказывает ряд напряжений

Во время очередного занятия преподаватель обратил внимание учащихся на плакат «Электрохимический ряд напряжений» и подчеркнул два металла – кадмий (левее водорода) и ртуть (правее водорода). Он предложил провести опыты с этими металлами: сначала подействовать на них разбавленной серной кислотой, потом в раствор сульфата кадмия внести капельку ртути, а в раствор сульфата ртути – гранулу кадмия. Предскажите результаты этих опытов.

ГлаваIV

Электролиз как окислительно-восстановительный процесс

4.1. Электроны-чистильщики

Чтобы очистить и сделать блестящей старую медную (точнее, латунную) монету, ее подвесили на медной проволоке присоединенной к отрицательному полюсу электрической батарейки, и опустили в разбавленный раствор гидроксида калия. В этот же раствор погрузили графитовый электрод, присоединенный к положительному полюсу батарейки. И действительно, через несколько минут монета как новая. Как это получилось?

4.2. «Неправильный» электролиз

Для получения гидроксида натрия в промышленности применяется электролиз концентрированного водного раствора хлорида натрия в аппарате-электролизере с железным катодами угольным анодом. Пространство, между которыми, разделено диафрагмой. У катода образуется раствор гидроксида натрия, который периодически сливают в приемную емкость. Однажды аппаратчик, обслуживавший этот процесс, по ошибке использовал электролизер без диафрагмы. Заполнив его раствором NaCI и включив рубильник электрической цепи постоянного тока, он ушел в соседний цех. Что обнаружил аппаратчик, когда вернулся, чтобы слить раствор NaOH?

ГлаваV

И в технике и в жизни…

5.1. Первые спички

Немецкий химик Ян Каммерер работал учителем химии. В 1820 г. он показал своим ученикам рискованный опыт. Смешав под водой воскообразное белое вещество с бесцветными кристаллами соли, полученной французским химиком Бертолле и названной его именем, он добавил гуммиарабик (клей), а потом погрузил в образовавшееся «тесто» пучок осиновых палочек. Затем палочки были извлечены из смеси и осторожно высушены. Каммерер раздал палочки своим подопечным и попросил провести ими по поверхности стола. Все палочки воспламенились, ученики были в восторге: ведь они держали в руках первые спички. Какие вещества использовал Каммерер?

5 .2. Почему отбеливает «Белизна»?

Раствор для отбеливания с этим названием сильно пахнет хлором, а попадая на руки,разъедает кожу, как щелочь. Какие вещества содержатся в «Белизне»?

5.3. «Антихлор»

После отбеливания требуется обязательная обработка ткани для удаления хлора, иначе ее волокна потеряют прочность. Какие вещества можно использовать как «антихлор»?

5 .4. «Антийод»

Если, смазывая порез на пальце, вы капнули йодной настойкой на скатерть или на одежду, появится некрасивое пятно. Как от него можно избавиться химическим путем?

5.5.Теннисный мяч

Т еннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества-«вздуватели». «Вздуватели» - это вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия и хлорида аммония. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Какой газ при этом образуется?

5.6. Обнажая металл

Н ашатырь – это хлорид аммония, его используют для травления – очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. В результате обнажается чистая поверхность металла, которая может «смачиваться» расплавленным оловом или сплавом –припоем. Какие химические реакции происходят при этом?

5.7. Патроны свежего воздуха

Г ерои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли КСIO₃ , а для поглощения углекислого газа - гидроксид натрия. Каким образом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли), образующийся при дыхании людей, углекислый газ?

5.8. Зеленый туман

Применение немецкими войсками в первую мировую войну хлора в качестве отравляющего вещества было неожиданным. Вначале для химической защиты кустарно изготовляли маски из марли, пропитанной химическим веществом, который реагирует с хлором. Образующиеся сульфат натрия Na₂SO₄, сера S и хлороводород HCI оставались во влаге марли и не попадали в легкие человека. Каким веществом пропитывали маску из марли?

5.9. Судебно-медицинская экспертиза

Д ля того чтобы определить наличие мышьяка при судебно-медицинской экспертизе применяют реакцию, предложенную в 1836 г. Джеймсом Маршем (1790-1846), английским химиком – аналитиком. Реакция Марша служит для качественного открытия очень малых количеств мышьяка Аs. Все соединения мышьяка (например, K₃AsO₃) в кислом растворе восстанавливаются металлическим цинком до арсина. Образующийся очень ядовитый бесцветный газ арсин пропускают через нагретую стеклянную трубку. Арсин разлагается, и мышьяк оседает на холодных частях трубки в виде буро-черного зеркала. Запишите уравнения реакций.

Список литературы

Степин Б.Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии/ 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2006.

Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга для домашнего чтения. – 2-е изд.,стер. – М.: Химия, 1995 г,400с.

http://www.onlab.su/page/chameleon

https://www.edrawsoft.com/chemistry-laboratory-glassware.php

http://www.pozdravuha.ru/uploads/images/00/00/05/2014/07/16/daf966.jpg

http://test.kolzocm.ugmk.lgg.ru/common/img/uploaded/KCM/Prod7/prazd_silver.jpg

http://www.stendi-viveski-tablichki.ru/CTEND/shcul/09HIMIJ/HIM06-018.jpg

http://www.vesberdsk.ru/upload/companies/323290/news/13534/71859927_1299782754_yod.gif

http://yurus.ru/upload/iblock/450/450d339ffe5c2abf2a782a4b7c201792.jpg

http://www.gjlg.com/linux_wallpapers/clipart2/images/clip259.jpg

http://etc.usf.edu/clipart/36000/36086/electro2_36086_lg.gif

http://cache2.allpostersimages.com/p/LRG/72/7203/VMBN100Z/posterler/terry-sheila-louis-jacques-thenard-french-chemist.jpg

http://writer5.ru/word/images/img35-223.jpg

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/247176-uchebnoe-posobie-v-mire-okislitelno-vosstanov