Методические рекомендации к практическому занятию «Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса и электронно-ионный метод»


Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Фармацевтический колледж
Специальность 33.02.01 ‒ Фармация
Квалификация Фармацевт
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ № 6
Тема: «ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА И ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫЙ МЕТОД»
Составитель: Ростовцева Л.В.
преподаватель высшей квалификационной категории
Красноярск
2015
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6
Тема занятия «Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса и электронно-ионный метод»
Значение темы
Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены. С ними связаны, например, процессы дыхания и обмена веществ, протекающие в живом организме, гниение и брожение, фотосинтез.
Окислительно-восстановительные процессы сопровождают круговороты веществ в природе. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов, при электролизе и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи и кислоты, а так же многие другие ценные продукты. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе преобразования химической энергии в электрическую энергию в гальванических и топливных элементах.
Окислительно-восстановительные реакции широко применяются в качественном и количественном анализе в аналитической и фармацевтической химии, при проведении внутриаптечного контроля лекарственных средств. Так, в их используют для открытия катионов и анионов, дающих характерные реакции с окислителями и восстановителями, они лежат в основе ряда титриметрических методов анализа: перманганатометрия, иодометрия и др.
Цели обучения
Общая цель:
Студент должен овладеть общими компетенциями:
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
Студент должен овладеть профессиональными компетенциями
ПК 1.6. Соблюдать правила санитарно-гигиенического режима, охраны труда, техники безопасности и противопожарной безопасности.
ПК 2.1. Изготавливать лекарственные формы по рецептам и требованиям учреждений здравоохранения.
ПК 2.2. Изготавливать внутриаптечную заготовку и фасовать лекарственные средства для последующей реализации.
ПК 2.3. Владеть обязательными видами внутриаптечного контроля лекарственных средств.
Учебная цель:
Закрепить и систематизировать знания обучающихся об основных понятиях и сущности окислительно-восстановительных реакций. Изучить правила составления окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса и ионно-электронным методом (полуреакций).
Сформировать умения:
составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций;
подбирать коэффициенты в окислительно-восстановительных
реакциях методом электронного баланса и ионно-электронным
методом.
Метод обучения: репродуктивно-побуждающий, частично-поисковый
Тип занятия: закрепление знаний и формирование умений.
Место проведения практического занятия: учебная комната.
Оснащение занятия: методические рекомендации к практическому занятию, дидактический материал.
Таблицы: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева,
таблица растворимости, мини-таблица «Наиболее часто применяемые восстановители и окислители и продукты реакции»
НА ОДНО РАБОЧЕЕ МЕСТО
Посуда и оборудование: штатив с пробирками, стеклянная трубочка, водяная баня, держатель для пробирок.
Реактивы: р-ры KMnO4, H2SO4, FeSO4, KNO2 (или NaNO2), H2C2O4
(или (NH4)2 C2O4), K2CrO4, КI.
Схема хронокарты практического занятия


п/п Этапы
практического занятия Продолжи
тельность (мин) Содержание этапа и оснащенность
Организационный 2 Проверка посещаемости и внешнего вида обучающихся.
Формулировка темы и цели 3 Преподавателем объявляется тема и ее актуальность, цели занятия.
Контроль исходного уровня знаний 30 Устный опрос.
Методические указания для самостоятельной работы студентов 10 Раскрыть этапы выполнения лабораторной работы.
Инструктаж по технике безопасности.
Самостоятельная работа обучающихся (текущий контроль)
110 1. Выполнение упражнений по составлению уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса и электронно-ионным методом.
2. Выполнение лабораторной работы «Окислительные свойства перманганата калия и хромата калия»
Итоговый контроль знаний 20 Выполнение проверочной работы
Подведение итогов 3 Подводится итог занятия. Выставляются отметки.
7 Задание на дом 2 Бабков, А. В. Общая и неорганическая химия : учеб. для мед. училищ и колледжей / А. В. Бабков, Т. И. Барабанова, В. А. Попков. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2013.
Самостоятельная внеаудиторная работа
Выполнение упражнений по подбору коэффициентов в окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса и электронно-ионным методом.
Всего: 180 Краткое содержание темы.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – химические реакции, сопровождающиеся переходом электронов от одного атома к другому, что ведёт к изменению степени окисления атомов элементов, участвующих в реакции.

Восстановитель + Окислитель = Продукты реакции
отдает электроны, принимает электроны,
окисляется восстанавливается
Алгоритм вычисления степени окисления (с. о.)
Степень окисления - это условная величина, которая показывает заряд того или иного элемента в соединении при условии, что все составляющие его частицы представляют собой ионы.
В молекулах простых веществ степень окисления атомов равна нулю.
У кислорода в соединениях степень окисления равна – 2,
исключение: фторид кислорода ОF2, где с.о. +2, пероксиды Н2О2, Nа2О2, где с.о. – 1
У фтора во всех соединениях степень окисления равна – 1
У водорода в соединениях степень окисления равна +1,
исключение: соединениях со щелочными и щелочноземельными металлами NаН, СаН2, где с. о. водорода равна – 1;
Степень окисления металлов всегда положительная и численно равна валентности металла в соединении.
Степень окисления щелочных и щелочноземельных металлов в соединениях равна, соответственно, +1 и +2.
Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, а в ионе – заряду иона.
табл. 1.
Последовательность действий Примеры
1. Напишите формулу сложного вещества Н2SО4
2. Проставьте степени окисления у тех элементов, у которых она точно известна
С.о. водорода в соединении = + 1, с.о. кислорода в соединении = -2
Н2+1 SО4-2
Определите степень окисления у серы. Для этого вычислите общее число «+» и « - » в молекуле 3.
-8
+2
Н2+1 SО4-2

В молекуле 2 атома водорода, поэтому + 1∙ 2 = +2
В молекуле 4 атома кислорода, поэтому – 2∙ 4 = -8
4. Вычислите степень окисления серы. Для этого составьте уравнение, приняв с.о. серы за х.
Помните: сумма с.о. в молекуле должна быть = 0
4.
+2 + х + (-8) = 0
х = -2 +8 = +6
Н2+1 S+6О4-2
Алгоритм составления электронного баланса окислительно-восстановительных реакций
табл.2.
Последовательность действий Примеры
1. Составьте схему химической реакции KClO3 → KCl + O2
2. Определите и расставьте степени окисления всех элементов в левой и правой части уравнения
K+1Cl+5O3-2→ K+1Cl-1 + O20
3. Подчеркните символы тех элементов, у которых изменились степени окисления

K+1Cl+5O3-2→ K+1Cl-1 + O20

4. Составьте схему электронного баланса, указав переход электронов у тех элементов, изменивших с.о.
Cl+5 + 5 е- → Cl-1
2O-2 – 4е- → O20
Учтите, что кислород – двухатомная молекула, поэтому сначала необходимо уравнять числа атомов в левой и правой части
5. Вынесите число принятых и отданных электронов.
Cl+5 + 6 е- → Cl-1 6
2O-2 – 4е- → O20 4
6. Найдите наименьшее общее кратное (НОК) для вынесенных чисел.
Cl+5 + 5 е- → Cl-1 6
12
2O-2 – 4е- → O20 4
7. Разделите НОК на число принятых и отданных электронов. Полученные числа будут основные коэффициенты, стоящие перед формулами в уравнении. Cl+5 + 5 е- → Cl-1 6 2
12
2O-2 – 4е- → O20 4 3
8. Укажите справа от найденных чисел процессы - окисления (отдал) и восстановления (взял) Cl+5 + 5 е- → Cl-1 6 2 восстан-е
12

2O-2 – 4е- → O20 4 3 окисление
9. Поставьте коэффициенты в уравнение реакции.
2KClO3 → 2KCl + 3O2

Особые случаи составления электронного баланса
Как известно, в электронном балансе учитываются индексы из формул простых веществ. В особых случаях в электронный баланс переносятся индексы из сложных веществ в виде коэффициентов.
1. Если у элемента, являющегося окислителем или восстановителем, в левой и правой части уравнения одинаковые индексы:
K2Cr2O7 + 3K2SO3 + 4H2SO4→ K2SO4 + 4Cr2(SO4)3 + 4H2O
2Cr+6 +6ē→ 2Cr+31 окислитель
S+4 - 2ē→ S+63 восстановитель
2. Если в сложном веществе атомы одного элемента соединены между собой непосредственно, например: Н2О2.
H2O2 + 2KI → 2KOH + I2
2О-1 +2ē → 2О-21 окислитель
2I-1 - 2ē → I21 восстановитель
3. Если в уравнении два восстановителя или два окислителя входят в состав одного соединения, то индексы из этого соединения переносятся в баланс:
4FeS2+11 O2→ 2Fe2O3 + 8SO2

Fe+2 - 1ē → Fe+3 4 восстановители
2S-1 - 10ē→ 2S+4 11
O2 +4ē → 2O-211 окислитель
Ионно-электронный метод
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах, часто применяют электронно-ионный метод.
С помощью этого метода находят коэффициенты ко всем веществам, участвующим в реакции – окислителю, восстановителю, среде.
При расстановке коэффициентов электронно-ионным методом необходимо учитывать среду раствора, в которой протекает реакция и баланс кислорода.


Баланс кислорода
табл.3.
Среда реакции Избыток атомов
кислорода Недостаток атомов
кислорода
кислая … + 2nH+ → nH2O + …
… + nH2O → 2 nH+ + …
нейтральная … + nH2O → 2 nOH- + …
… + nH2O → 2 nH+ + …
щелочная … + nH2O → 2 nOH- + …
… + 2 nOH- → nH2O + …
Типичные окислители и продукты восстановления
табл.4.
Окислитель Продукт восстановления Уравнение полуреакции
восстановления
MnO4-в кислой среде Mn2+
MnO4- + 8H+ +5ē = Mn2+ 4H2O
MnO4- в нейтральной среде MnO2
MnO4- + 2H2 +3ē = MnO2 + 4OH-
MnO4- в щелочной среде MnO42-
MnO4- + ē = MnO42-
HNO3(к)
с тяжелыми металлами и неметаллами NO2
NO3- + 2H+ + ē = NO2 + H2O
HNO3(к)
с активными металлами NO NO3- + 4H+ + 3ē = NO + 2H2O
HNO3 (р)
с тяжелыми металлами NO NO3- + 4H+ + 3ē = NO + 2H2O
HNO3 (р)
с активными металлами NH3, NH4NO3 NO3- + 10H+ +8 ē = NH4+ +3 H2O
Cr2O72- Cr3+
Cr2O72-- + 14H+ + 6ē = 2Cr3++7H2O
O2 O-2 O02+ 4ē = 2O-2
H2O2 H2O H2 O2 + 2H+ + 2ē = 2H2O
H2SО4(к)
SO2 SО42-+ 4H+ + 2ē = SO2+2H2O

Типичные восстановители и продукты окисления
Восстановитель Продукт окисления Уравнение
полуреакции окисления
H2
H2O H20 - 2ē = 2H+
H2S
S H2S- 2ē = S +2H+
SO32-
SO42-
SO32- + 2H2O - 2ē = SO42-+2H+
Hal-
Hal2
Hal- - 2ē = Hal2
Cr3+ в щелочной среде
CrO42- Cr3++ 8 OH- - 3ē = CrO42-+4H2O
Cr3+в кислой среде
Cr2O72- Cr3+- + 7H2O - 6ē = Cr2O72-+14H+
Fe2+ Fe3+ Fe2+ -ē = Fe3+
Контроль исходного уровня:
Что такое окислительно-восстановительные реакции? Чем обусловлено изменение степеней окисления в ходе окислительно-восстановительных реакций?
Как называется: а) процесс отдачи электронов, б) процесс присоединения электронов? Как изменяются степени окисления атомов в этих процессах?
Как называются частицы (атомы, молекулы, ионы), которые: а) отдают электроны, б) присоединяют электроны?
Какие вещества могут выступать в роли: а) только окислителей, б) только восстановителей? Какие вещества могут проявлять окислительно-восстановительную двойственность? Приведите примеры.
На чём основан электронно-ионный метод подбора коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях?
В чем достоинства метода полуреакций перед методом электронного баланса?
Самостоятельная работа студентов
Определите степени окисления элементов в соединениях азота и серы:
а) NH4Cl, Ca(NO2)2, NH4NO3, Li3N, Fe(NO3)3
б) SF6, NaHSO4, SO3, K2SO3, S8, NaHS.

Закончите уравнения следующих процессов, назовите их
а) Al0 - 3ē = б) S+6 + 8ē = в) N-3 - 5ē =
г) Fe+3 +1ē = д) Br2 +2ē = е) Mn+2 - 5ē =
В каких из приведённых ниже веществ сера может проявлять только восстановительные свойства, только окислительные, те и другие:
S, H2S, SO3, K2S, SO2, H2SO4? Почему?
Методом электронного баланса подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций:
а) Cl2 + KOH → KCl + KClO + H2O
б) KClO3 + S→ KCl + SO2
в) HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2 + H2O
Подберите коэффициенты в схемах следующих окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом:
а) KMnO4 + Na2S + H2O → S + MnO2 + NaOH + KOH
б) KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
в) KClO3 + FeCl2 + HCl → FeCl3 + KCl + H2O
д) MnO2 + KClO3 + KOH→ K2MnO4 + KCl + H2O
е) Cr2(SO4)3 + H2O2 + NaOH→ Na2CrO4 + Na2SO4 + H2O
Лабораторная работа
«Окислительные свойства перманганата калия и хромата калия»
Цель: Изучить окислительные свойства перманганата калия и хромат калия.
Отработать умения составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций и подбирать коэффициенты ионно-электронным методом (полуреакций).
№ Название опыта и реактивы Ход опыта
1. Окислительные свойства перманганата калия
Реактивы:
р-ры KMnO4, H2SO4, FeSO4, KNO2 (или NaNO2), H2C2O4
(или (NH4)2C2O4 В три пробирки налить по 10 капель раствора KMnO4 и по 5 капель раствора серной кислоты. Затем
1 пробирка – прилить 10 капель раствора FeSO4
2 пробирка – прилить 10 капель раствора KNO2 (или NaNO2)
3 пробирка – прилить 10 капель раствора Н2С2О4 (или (NH4)2C2O4), слегка нагреть.
Что наблюдаете в каждой пробирке? Написать уравнения реакции и уравнять ионно-электронным методом.
2. Окислительные свойства хромата калия
Реактивы:
р-ры K2CrO4, H2SO4, KNO2 (или NaNO2), КI В две пробирки налить по 10 капель раствора K2CrO4 и по 5 капель раствора серной кислоты. Что наблюдаете?
Затем
1 пробирка – прилить 10 капель раствора KNO2 (NaNO2).
2 пробирка – прилить 10 капель раствора КI.
Что наблюдаете в каждой пробирке? Написать уравнения реакции и уравнять ионно-электронным методом.
Итоговый контроль знаний. Выполнение проверочной работы по вариантам.
ВАРИАНТ 1.
1. Установите соответствие
Формула Степень окисления азота
1. NH3
2. HNO3
3. NO2
4. NaNO2 А) -3
Б) +2
В) +3
Г) +4
Д) +5
2. Закончите предложение
Частицы (атомы, молекулы, ионы), отдающие электроны в окислительно-восстановительном процессе, называются ________________________
3. Подберите коэффициенты ионно-электронным методом; укажите окислитель и восстановитель:
KClO3 + FeCl2 + HCl→ FeCl3 + KCl + H2O

ВАРИАНТ 2.
1. Установите соответствие
Формула Степень окисления серы
1. SO2
2. H2S
3. K2SO3
4. Na2SO4 А) 0
Б) -2
В) +2
Г) +4
Д) +6
2. Закончите предложение
Частицы (атомы, молекулы, ионы), принимающие электроны в окислительно-восстановительном процессе, называются_________________
3. Подберите коэффициенты ионно-электронным методом ; укажите окислитель и восстановитель:
MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + H2O
ВАРИАНТ 3.
1. Установите соответствие
Формула Степень окисления хлора
1. Cl2
2. HCl
3. KClO3
4. HClO4
А) -1
Б) 0
В) +3
Г) +5
Д) +7
2. Закончите предложение
Процесс отдачи электронов в окислительно-восстановительном процессе, называется __________________________
3. Подберите коэффициенты ионно-электронным методом; укажите окислитель и восстановитель:
KMnO4 + H2S + HCl→ MnCl2 + S + KCl + H2O
ВАРИАНТ 4.
1. Установите соответствие
Формула Степень окисления фосфора
1. PCl3
2. H3PO4
3. PH3
4. KH2PO2
А) -3
Б) -5
B) +3
Д) +5
Г) +1
2. Закончите предложение
Процесс присоединения электронов в окислительно-восстановительном процессе, называется __________________________
3. Подберите коэффициенты ионно-электронным методом; укажите окислитель и восстановитель:
NaCrO2+Br2+NaOH → Na2CrO4+NaBr+H2O

ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ
№ варианта 1. 2. 3.
ВАРИАНТ 1. 1А


4В восстановители KClO3 + 6FeCl2 + 6HCl→ 6FeCl3 + KCl + 3H2O
KClO3 – окислитель
FeCl2 - восстановитель
ВАРИАНТ 2. 1Г


4Д окислители 3MnO2 + KClO3 + 6KOH → 3K2MnO4 + KCl + 3H2O
KClO3 – окислитель
MnO2 - восстановитель
ВАРИАНТ 3. 1Б


4Д окисление 2KMnO4 + 5H2S + 6HCl→ 2MnCl2 + 5S + 2KCl + 8H2O
KMnO4 - окислитель
H2S - восстановитель
ВАРИАНТ 4. 1В


4Г восстановление 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH→ 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O
NaCrO2 – восстановитель
Br2 - окислитель
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ
оценка 5 «отлично» - все задания выполнены правильно, самостоятельно
оценка 4 «хорошо - выполнены все задания, допущены 1 - 2 ошибки (например, в определении степени окисления одного элемента, не указан окислитель или восстановитель)
оценка 3 «удовлетворительно» - выполнены все задания, допущены 3 - 4 ошибки, или ответ неполный.
оценка 2 «неудовлетворительно» - выполнено менее половины заданий, допущены существенные ошибки.

Приложенные файлы

  • docx file6
    Размер файла: 49 kB Загрузок: 17