Материал: Конспект лекций для студентов специальности 1 48 01 02 Химическая технология органических веществ, материалов и изделий

Очевидно, что, выбирая реакцию для превращения исходного вещества в другие, а также для получения заданного вещества, желательно, чтобы выход продукта был как можно большим. Тогда из нескольких возможных вариантов предпочтительнее те, в которых реакции практически необратимы (примеры таких реакций рассмотрены ранее).Если заданный продукт – малорастворимое вещество или слабый электролит, тоего образованиеотвечает условиям, необходимым для обменных реакций. При этом дополнительным условием может быть как можно больший выход продукта и возможность несложного отделения его от других веществ, образовавшихся в результате реакции.Примерыа) предложить варианты получения PbCO₃Решение: заданный продукт – малорастворимая соль, поэтому обменная реакция может протекать за счет ее образования. Для получения PbCO₃необходимо иметь электролит, содержащий катионы свинца (II) – это соль или основание, и электролит – источник CO₃^2– – угольную кислоту или ее соль. Для полного протекания реакции необходимо, чтобы исходные электролиты были сильными и хорошо растворимыми. С учетом этого из соединений свинца, например, хлорида, сульфата, нитрата, гидроксида в качестве исходного вещества выберем нитрат, как хорошо растворимую соль. Соответственно источником карбонат-ионов может быть карбонат натрия, калия (растворимые соли).Уравнение протекающей реакции:Pb(NO₃)₂ + Na₂CO₃  PbCO₃ + 2NaNO₃Очевидно, что проблемы разделения продуктов нет, т. к. один из них выделяется в виде осадка, а второй остается в растворе.Примечание: карбонаты многих металлов часто оказываются наиболее подходящими в качестве исходных веществ для синтеза других солей тех же металлов. Несмотря на то, что многие карбонаты малорастворимы, реакции обмена с соответствующими кислотами (более сильными, чем угольная) протекают практически необратимо вследствие выделения из раствора CO₂ (см. принцип Ле Шателье). Например, действием азотной, соляной или уксусной кислотой на PbCO₃ легко получить нитрат, хлорид или ацетат свинца.б) предложить варианты получения Cu(OH)₂РешениеЗаданное вещество – слабое малорастворимое основание, поэтому обменная реакция может протекать за счет его образования. Для получения Cu(OH)

₂необходимо иметь растворимую соль меди и основание – источник OH^–. Реакция образования Cu(OH)₂будет протекать до конца, еслив качестве основания взять щелочь: CuSO₄ + 2KOH  Cu(OH)₂ + K₂SO₄в) предложить варианты получения Al(OH)₃Решение: на первый взгляд задача аналогична предыдущей. Однако в данном случае Al(OH)₃ – не только слабое малорастворимое основание, но еще и амфотерное, при избытке щелочи оно может раствориться. В этом случае в качестве основания лучше использовать водный раствор аммиака: AlCl₃+ 3NH₃∙H₂O  Al(OH)₃ + 3NH₄ClДругим вариантом получения Al(OH)₃может быть реакция необратимого гидролиза: AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 6H₂O  2Al(OH)₃ + 3CO₂ + 6NaClЕсли заданный продукт – сильный хорошо растворимый электролит, тообразование таких продуктов не отвечает условиям, необходимым для обменных реакций. В подобных случаях исходные вещества подбирают такие, чтобы другие продукты отвечали условиям, необходимым для реакции обмена. При этом дополнительные условия могут быть те же, что и рассмотренные выше.Пример: предложить варианты полученияCu(NO₃)₂.Заданное вещество – сильный, хорошо растворимый электролит, и сам по себе не может быть причиной реакции обмена. Поэтому исходные электролиты, содержащие ионы Cu²⁺ и NO₃^-, выберем такие, чтобы другой продукт реакции был электролитом слабым или малорастворимым. Например, при наличии CuSO₄, CuCl₂, KNO₃, Pb(NO₃)₂ реакция обмена с KNO₃не пойдет ни с CuSO₄, ни с CuCl₂, т. к. в обоих случаях все продукты были бы растворимыми. Напротив, с участием Pb(NO₃)₂реакция возможна и с CuSO₄, и с CuCl₂, т. к. сульфат и хлорид свинца малорастворимы:CuSO₄ + Pb(NO₃)₂ Cu(NO₃)₂+ PbSO₄CuCl₂+ Pb(NO₃)₂ Cu(NO₃)₂+ PbCl₂В заключение следует отметить, что в большинстве своем обменные реакции в растворах протекают заметно быстрее, чем окислительно-восстановительные реакции. По этой причине, анализируя возможность химического взаимодействия между заданными веществами, необходимо в первую очередь определить возможность реакции обменного типа. Например, при смешивании раствора сульфита натрия и подкисленного раствора перманганата калия первое, что мы обнаружим, – это запах «жженой серы» – сернистого ангидрида:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄  H₂SO₃ + Na₂SO₄ + KMnO₄,_ SO₂ + H₂OТолько потом наблюдается обесцвечивание раствора вследствие восстановления перманганат-ионов сернистой кислотой и двуокисью серы.11 Окислительно-восстановительные свойства веществ.Окислительно-восстановительные реакцииВсе многообразие химических превращений веществ можно условно разделить по следующему признаку: меняются или не меняются при этом степени окисления элементов. Деление это условное, т. к. условным является само понятие «степень окисления», но в то же время и удобное, т. к. позволяет, исходя из формальных представлений, успешно решать реальные задачи по определению реакционной способности заданных веществ, прогнозированию возможных продуктов реакции и расчету материального баланса.Основные понятияСтепень окисления – это формальный заряд атома в соединении его с другими атомами, рассчитанный исходя из предположения, что все полярные химические связи в этом соединении – чисто ионные.Окислитель – это элемент или вещество, принимающие электроны (при этом восстанавливается); восстановитель – это элемент или вещество, отдающие электроны (при этом окисляется).Расчет степеней окисления (с. о.) элементов в заданном соединении основан на том, что алгебраическая сумма всех степеней окисления равна заряду этого соединения: если это соединение – молекула, то суммарный заряд равен нулю, если ион – то заряду этого иона.Впростых веществах связи между атомами неполярные, и поэтому с.о. элементов в них равны нулю.В сложных веществах связи полярные, и более электроотрицательные элементы имеют отрицательные с. о., а менее электроотрицательные – положительные с.о. В большинстве расчетов можно принять,что в сложных соединениях с. о.водорода, за исключением гидридов, равна (+1), а с. о. кислорода, за исключением пероксидов, равна (–2). В пероксидах, например, Н₂О₂, Na₂O₂, BaO₂ с.о. кислорода равна (–1). Постоянные степени окисления имеют щелочные металлы (+1), щелочно-земельные (+2), алюминий (+3), цинк (+2) и некоторые др.С учетом изложенного выше рассчитаем, например, с. о. сурьмы в H₃SbO₃ и хрома – в Cr

₂O₇^2–: – в молекуле H₃SbO₃ сумма с. о. всех элементов равна нулю и складывается из с. о. водорода (их три, по (+1) у каждого), неизвестной с. о. сурьмы (обозначим ее х) и с. о. кислорода (их три, по (–2) у каждого). Т. о. можно записать: 3(+1) + х + 3(–2) = 0, откуда х = +3, т. е. с. о. сурьмы в сурьмянистой кислоте равна (+3).– в ионе Cr₂O₇^2–сумма с. о. элементов равна заряду иона, т. е.(–2), и складывается из с.о. кислорода (7(–2)) и с. о. хрома (их два, с.о. каждого обозначим х), т. о.: 2∙х+7(–2) = –2, откуда х = +6. Обратите внимание, что с. о. (сначала знак, потом величину) пишут над символом элемента.Встречаются случаи, когда расчет степеней окисления по «брутто–формуле» приводит к маловероятным или вообще невозможным результатам, например, в соединениях Pb₂O₃ и Fe₃O₄. В первом из них для свинца получим (+3), а во втором, для железа, – (+8/3). Дробную степень окисления невозможно представить вообще, а для свинца характерны четные степени окисления. Подобные несоответствия рассчитанных и действительных степеней окисления элемента встречаются в тех случаях, когда в соединении не один, а несколько его атомов, причем, в разных степенях окисления. Так, в Pb₂O₃ один из атомов свинца имеет степень окисления (+2), а второй – (+4); в Fe₃O₄ два атома железа имеют степени окисления по (+3) и один – (+2).Информация о степенях окисления элементов может быть существенной, например, для названия вещества по международной номенклатуре; в то же время при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций они необходимы при применении метода электронного баланса, но необязательны в ионно-электронном методе, если соединения – окислитель и восстановитель не вызывают сомнений.Прогнозирование окислительно-восстановительных возможностей
веществ по степеням окисления элементовДля решения этой задачи введем следующие понятия: высшая, низшая и промежуточная степени окисления.Высшая степень окисления элемента соответствует состоянию, при котором его атомы полностью лишены валентных электронов; при этом атомы могут только принимать электроны, и элемент может только восстанавливаться (быть окислителем) и не может быть восстановителем.

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/274165

Смотрите также:

ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
- Сопротивление изоляции 25
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Свадьба'. Керамика
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)
«Українська література в першій половині ХХ століття»
03
0303_Болкунов_ВО_ЛР1