За допомогою лійки та скляної палички насипте всередину балончика-реактора тирсу алюмінію, потім луг, закрийте отвір шматочком скотчу і струсіть вміст. Далі приєднуємо приймач. Його нижній отвір (для виходу водню) має бути закритий цвяхом. Акуратно підмазують стик реактора та приймача кашкою алебастру (беріть його зовсім трохи). Зачекавши 5 хвилин, сушимо з'єднання феном близько 4-5 хвилин.

Тепер акуратно навертаємо вологу вату на бляху приймача, відступивши від країв 5-8 мм, і закріплюємо її тонким дротом.

Спочатку видаляємо цвях-затичку. Потім потроху прогріваємо балончик з реакційною сумішшю пальником (можна для економії користуватися паяльною лампою).

Для нагрівання я використовував бутановий балончик і великий пальник-насадку, згадану вище. Пальний газ усередині балончика охолоджується, і з часом полум'я трохи зменшується, тому довелося зігрівати бутановий балончик рукою.

Слідкуйте, щоб половина "реторти" була нагріта до помаранчевого жару, горло приймача повинно бути нагріте до початку жару. Грійте близько 13-14 хвилин. Реакція спочатку супроводжується появою фіолетового полум'я, що виходить із приймача, потім воно поступово зменшується і пропадає, тоді можна зменшити отвір, вставивши цвях (Нещільно і з зазором). Під час реакції потроху змочуйте вату піпеткою, не допускаючи попадання води на стики.

Припинивши нагрівання, щільно вставте затичку. Дайте приладу охолонути до кімнатної температури!Я просто виніс його на мороз. Потім видаляємо вату і стираємо сліди води.

Заздалегідь підготуйте місце, де вишкрібатимете калій з приймача. Пам'ятайте про небезпеку займання! У Вас має бути бензин, пінцет, саморобний шпатель-скребок, ємність для зберігання калію з інертною рідиною, на кшталт гасу або олії. Бажано, щоб рідина була висушена. Зіскребаємо гіпс і рознімаємо приймач. Відразу на горло приймача надягаємо шматок поліетилену і придавлюємо його пластиліном (або заздалегідь зробіть пробку). Розмикаємо половинки приймача, основна частина калію сконденсувалася в лівій частині (яка була приєднана шийкою до реактора), усередині правої частини були лише сліди калію (будова приймача показано на фотографії). У ліву частину налийте бензин (я використав гексан). Робиться це для захисту металу від окислення (бензин хороший тим, що потім він випарується безвісти, і можна буде знову використовувати холодильник, не порушуючи гіпсову замазку). Операцію проводять у захисних окулярах!

Шпателем зіскребіть метал із стін, потім пінцетом помістіть його в ємність для зберігання. Пам'ятайте, маленькі стружки калію окислюються на повітрі так швидко, що можуть спалахнути. Це легко побачити, якщо ретельно розплющити ножем обсушений шматочок калію на шматку паперу (краще фільтрувального або туалетного) - калій зазвичай запалюється. Частина металу вийде у вигляді невеликих стружок та крупинок. Їх можна зібрати змив бензином в ємність для зберігання або сухий стаканчик. Вони стануть у пригоді для реакції з водою: навіть невеликі крупинки горять гарними фіолетовими вогниками.

Мені вдалося зібрати в бюкс близько 1,1 г калію (0,7-0,8 г у вигляді компактної маси). Усього утворилося десь 1.3 г металу. Частину калію у вигляді залишків я збирати не став, промокнув папером від гексану і пінцетом переніс у воду (зручно просто струшувати крупинки з паперу). Після реакції слід видалити сліди металу з приймача, праву половину ("дно") просто киньте у воду на витягнутій руці і відразу відійдіть. Ліва половина нехай полежить на повітрі, доки сліди калію частково окисляться, потім видаліть їх за допомогою вологої вати на дроті (не пошкодивши гіпсової замазки). Потім промийте приймач піпеткою і просушіть серветкою (обережно, не направляйте отвір на себе).

Калій - дев'ятнадцятий елемент періодичної таблиці Менделєєва, відноситься до лужних металів. Це проста речовина, яка за нормальних умов перебуває у твердому агрегатному стані. Закипає калій за температури 761 °С. Температура плавлення елемента – 63 °С. Калій має сріблясто-біле забарвлення з металевим блиском.

Хімічні властивості калію

Калій - , Що має високу хімічну активність, тому його не можна зберігати на відкритому повітрі: лужний метал моментально вступає в реакцію з оточуючими речовинами. Цей хімічний елемент відноситься до I групи та IV періоду таблиці Менделєєва. Калій має всі характерні для металів властивості.

Він взаємодіє з простими речовинами, до яких належать галогени (бром, хлор, фтор, йод) та фосфор, азот та кисень. Взаємодія калію з киснем називається окисленням. Протягом цієї хімічної реакції кисень та калій витрачаються у молярному співвідношенні 4:1, внаслідок чого утворюється оксид калію у кількості двох частин. Таку взаємодію можна виразити рівнянням реакції:

4К + О₂ = 2К₂О

Під час горіння калію спостерігається полум'я яскраво-фіолетового кольору.

Така взаємодія вважається якісною реакцією визначення калію. Реакції калію з галогенами називаються відповідно до назв хімічних елементів: це фторування, йодування, бромування, хлорування. Такі взаємодії є реакціями приєднання. Приклад - реакція між калієм та хлором, у результаті якої утворюється хлорид калію. Для проведення такої взаємодії беруть два молі калію та один моль. У результаті утворюється два моля калію:

2К + СІ₂ = 2КСІ

Молекулярна будова хлориду калію

При горінні на відкритому повітрі калій та азот витрачаються у молярному співвідношенні 6:1. В результаті такої взаємодії утворюється нітрид калію у кількості двох частин:

6К + N₂ = 2K₃N

З'єднання є кристалами зелено-чорного кольору. З фосфором калій реагує за таким же принципом. Якщо взяти 3 молі калію і 1 моль фосфору, вийде 1 моль фосфіду:

3К + Р = К₃Р

Калій реагує з воднем, утворюючи гідрид:

2К + Н₂ = 2КН

Всі реакції приєднання відбуваються при високих температурах

Взаємодія калію зі складними речовинами

До складних речовин, з якими вступає в реакцію калій, належать вода, солі, кислоти та оксиди. Бо калій - активний метал, він витісняє атоми водню з їх сполук. Приклад - реакція, що відбувається між калієм та соляною кислотою. Для її проведення береться по 2 молі калію та кислоти. В результаті реакції утворюється 2 моля хлориду калію та 1 моль водню:

2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂

Детальніше варто розглянути процес взаємодії калію з водою. Калій бурхливо взаємодіє із водою. Він рухається по поверхні води, його підштовхує водень, що виділяється:

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

В ході реакції в одиницю часу виділяється багато тепла, що призводить до займання калію і водню, що виділяється. Це дуже цікавий процес: при контакті з водою калій миттєво спалахує, фіолетове полум'я потріскує і швидко пересувається поверхнею води. Наприкінці реакції відбувається спалах з розбризкуванням крапель калію, що горить, і продуктів реакції.

Реакція калію з водою

Основний кінцевий продуктреакції калію з водою – гідроксид калію (луг). Рівняння реакції калію з водою:

4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH

Увага! Не намагайтеся повторити цей досвід самостійно!

При неправильному проведенні експерименту можна одержати опік лугом. Для реакції зазвичай використовують кристалізатор з водою, який поміщають шматочок калію. Як тільки водень припиняє горіння, багато хто хоче заглянути в кристалізатор. У цей момент відбувається завершальна стадія реакції калію з водою, що супроводжується слабким вибухом і розбризкуванням гарячої луги, що утворилася. Тому з метою безпеки варто триматися на певній відстані від лабораторного столу, доки реакція не завершиться повністю. ви знайдете найвидовищніші досвіди, які можна проводити з дітьми вдома.

Будова калію

Атом калію складається з ядра, в якому містяться протони і нейтрони, і електронів, що обертаються навколо нього. Кількість електронів завжди дорівнює кількості протонів, що знаходяться усередині ядра. При від'єднанні електрона або при приєднанні до атома він перестає бути нейтральним і перетворюється на іон. Іони діляться на катіони та аніони. Катіони мають позитивний заряд, аніони - негативний. При приєднанні до атома електрона він перетворюється на аніон; якщо один із електронів залишає свою орбіту, нейтральний атом перетворюється на катіон.

Порядковий номер калію в періодичної таблиціМенделєєва - 19. Отже, протонів у ядрі хімічного елементазнаходиться теж 19. Висновок: електронів навколо ядра розташовано 19. Кількість протонів у структурі визначається так: від атомної масивідібрати порядковий номер хімічного елемента. Висновок: у ядрі калію знаходиться 20 протонів. Калій належить до IV періоду, має 4 «орбіти», у яких поступово розташовуються електрони, які у постійному русі. На першій «орбіті» розташовані 2 електрони, на другій - 8; на третій та на останній, четвертій «орбіті», обертається 1 електрон. Цим пояснюється високий рівеньхімічна активність калію: його остання «орбіта» не заповнена повністю, тому елемент прагне з'єднатися з іншими атомами. В результаті електрони останніх орбіт двох елементів стануть загальними.

Тема 1.6. Окисно-відновні реакції.

Запитання з раніше вивченої теми:

1. У яких випадках при електролізі водних розчинів солей:

a) на катоді виділяється водень;

b) на аноді виділяється кисень;

c) проходить одночасне відновлення катіонів металу та катіонів водню води?

1. Які процеси, що протікають на електродах, поєднуються загальною назвою "електроліз"?
2. Чим відрізняються електроліз розплаву їдкого натру від електролізу його розчину?
3. З яким полюсом батареї - позитивним чи негативним має бути з'єднана металева деталь за її хромировании.
4. Розкрити значення електролізу; Концепція - електроліз.
5. Які хімічні процесивідбуваються у катода та анода при електролізі розчину іодиду калію? Розплаву йодиду калію?
6. Складіть схеми електролізу з використанням вугільних електродів розплавів та розчинів наступних солей: КСl.
7. У якій послідовності відновлюватимуться катіони при електролізі їх солей однакової концентрації (анод нерозчинний) наступного складу: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Поясніть, чому металевий калій не можна отримати на вугільних електродах електролізом водного розчинухлориду калію, але чи можна отримати електролізом розплаву цієї солі?
9. При електролізі водного розчину нітрату срібла на катоді утворюється:

a) Аg b) NО 2 c) NO d) H 2 ?

знатиосновні поняття та сутність окислювально- відновлювальних реакцій, правила складання окисно-відновних реакцій методом електронного балансу;

вмітикласифікувати реакції з погляду ступеня окиснення; визначати та застосовувати поняття: “ступінь окислення”, “окислювачі та відновники”, “процеси окислення та відновлення”; складати електронний баланс для окисно-відновнихреакцій та застосовувати його для розміщення коефіцієнтів у молекулярному рівнянні.

Зміна властивостей елементів в залежності від будови їх атомів

Вивчивши раніше типи хімічних реакцій, будова молекул, взаємозв'язок основних класів хімічних сполукМожна сказати, що більшість реакцій - приєднання, розкладання і заміщення, протікають зі зміною ступеня окислення атомів реагуючих речовин, і тільки в реакціях обміну цього не відбувається.

Реакції, у яких змінюється ступінь окислення елементів, називаються окислювально-відновними.

Існує кілька способів складання рівнянь окислювально-відновних реакцій. Зупинимося на методі електронного балансу, що базується на визначенні загальної кількостіелектронів, що переміщаються. Наприклад:

МnО 2 + КСlO 3 + КОН = К 2 МnО 4 + КСl + Н 2 О

Визначаємо, атоми яких елементів змінили ступінь окислення:

Мn → Мn Сl → Сl

Визначаємо кількість втрачених (–) та отриманих (+) електронів:

Мn – ​​2 e→ Мn Сl + 6 e→ Сl

Число втрачених та отриманих електронів має бути однаковим. Обидва процеси напівреакцій зобразимо так:

відновник Мn – 2 еˉ → Мn 3 3Мn – 6 еˉ → 3Мn окислення

окислювач Сl + 6 еˉ → Сl 1 Сl + 6 еˉ → Сl відновлення

Основні коефіцієнти при окислювачі та відновнику переносимо в рівняння реакції

3МnО 2 + КСlO 3 + 6КОН = 3К 2 МnО 4 + КСl + 3Н 2 О

Процес перетворення марганцю +4 на марганець +6 є провіс віддачі (втрати) електронів, тобто. окиснення; процес перетворення Сl(+5) Сl(-1) є процес отримання електронів, тобто. процес відновлення. Речовина МnО 2 є відновником, а КСlO 3 - окислювачем.

Іноді одне з речовин, що у реакції, виконує відразу дві функції: окислювача (або відновника) і солеобразователя. Розглянемо як приклад реакцію

Zn + НNО 3 = Zn(NO 3) 2 + NН 4 NО 3 + H 2 O

Складемо напівреакції для окислювача та відновника. Цинк втрачає два електрони, а азот N(+5) набуває вісім електронів:

Zn – 2 eˉ → Zn 8 4

N + 8 eˉ → N 2 1

Таким чином, на окислення чотирьох атомів цинку необхідно вісім молекул НNО 3 та дві молекули НNO 3 на солеутворення.

4Zn + 2НNО 3 + 8НNO 3 = 4Zn(NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3Н 2 О

4Zn + 10НNO 3 = 4Zn(NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3Н 2 О

Типи рівнянь окисно-відновних реакцій.

Основні окислювачі та відновники.

Окисно-відновні реакції поділяються на три групи: міжмолекулярні, внутрішньомолекулярні та реакції диспропорціонування.

Реакції, в яких одна речовина є окислювачем, а інша - відновником, називаються міжмолекулярними реакціями, наприклад:

2КМnО 4 + 16НСl = 2МnСl 2 + 5Сl 2 + 2КСl + 8Н 2 О

До міжмолекулярних реакцій відносяться також реакції між речовинами, в яких атоми одного і того ж елемента, що взаємодіють, мають різний ступінь окислення:

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Реакції, які протікають із зміною ступеня окислення атомів в одній і тій же молекулі, називаються внутрішньомолекулярними реакціями, наприклад:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

До внутрішньомолекулярних можна віднести реакції, в яких атоми одного і того ж елемента мають різні ступені окислення:

NH 4 NO 3 = N 2 O + H 2 O

Реакції, в яких окислювальні та відновлювальні функції виконують атоми одного елемента в одному і тому ж ступені окислення, називаються реакціями диспропорціонування, наприклад:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Окислювачі

Мірою окислювальної здатності атома чи іона, як говорилося, є спорідненість до електрону, тобто. здатність їх приймати електрони.

Окислювачами є:

1. Усі атоми неметалів. Найсильніші окислювачі - атоми галогенів, оскільки здатні прийняти лише одне, електрон. Зі зменшенням номера групи окислювальні здібності атомів неметалів, розташованих у них, падають. Тому атоми неметалів IV групи – найслабші окислювачі. У групах зверху донизу окисні властивостіатомів неметалів також зменшуються внаслідок збільшення радіусів атомів.

2. Позитивно заряджені іони металів у стані високого ступеняокислення, наприклад:

КМnО 4, К 2 СrО 4, V 2 O 5, МnО 2 і т.д.

Крім того, окислювачами є іони металів з низьким ступенем окислення, наприклад:

Аg, Нg, Fе, Су та ін.

3. Концентровані НNО 3 та Н 2 SO 4 кислоти.

Відновлювачі

Відновниками можуть бути:

1. Атоми всіх елементів, крім Не, Nе, Ar, F. Найбільш легко втрачають електрони атоми тих елементів, які на останньому шарі мають один, два, три електрони.

2. Позитивно заряджені іони металів, що знаходяться в низькому ступені окислення, наприклад:

Fе, Сг, Мn, Sn, Сu.

3. Негативно заряджені іони, наприклад: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Слабкі кислотита їх солі, наприклад: Н 2 SО 3 і К 2 SО 3 ; НNО 2 та КNО 2 .

Запитання з вивченої теми:

1. Які реакції називаються окислювально-відновними? Чим відрізняються окислювально-відновні реакції з інших хімічних реакцій?

1. Чому метали в сполуках виявляють лише позитивні ступені окислення, а неметали - як позитивні, і негативні?
2. Які речовини називаються окислювачами та які відновниками?
3. Як щодо відносної електронегативності можна судити про характер зв'язку між атомами в молекулі?
4. Який зв'язок між енергією спорідненості до електрона та окисною здатністю хімічного елемента?
5. Для яких складних речовин характерні лише окисні властивості? В яких випадках складні речовиниможуть виступати в ролі окислювачів та відновників?
6. У наступних рівняннях реакцій визначте окислювач та відновник, їх ступінь окислення, розставте коефіцієнти:

a) НgS + НNО 3 + НСl → НgСl 2 + S + NO + Н 2 O

b) SnСl 2 + К 2 Сr 2 Про 7 + Н 2 SО 4 → Sn(SО 4) 2 + SnCl 4 + Сr 2 (SО 4) 3 + К 2 SО 4 + Н 2 O

c) АsН 3 + АgNО 3 + Н 2 О → Н 3 AsO 4 + Аg + НNО 3

1. У наступних реакціях, у яких окислювач і відновник перебувають у тому самому речовині (реакції внутримолекулярного окислення - відновлення), розставте коефіцієнти:

a) NН 4 NО 3 → N 2 О + Н 2 О

b) КСlO 3 → КСl + Про 2

c) Аg 2 О → Аg + О 2

1. Для реакцій диспропорціонування (самоокислення - самовідновлення) напишіть електронні схеми та розставте коефіцієнти:

a) До 2 МnО 4 + Н 2 О → КМnО 4 + МnО 2 +КОН

b) НСlO 3 → СlO 2 + НСlO 4

c) НNО 2 → НNО 3 + NO + Н 2 О

1. Які з наведених реакцій відносяться до внутрішньомолекулярних і які – до реакцій диспропорціонування:

a) Нg(NO 3) 2 → Нg + NO 2 + О 2

b) Сu(NO 3) 2 → СuО + NO 2 + О 2

c) До 2 SО 3 → К 2 SО 4 + К 2 S

d) (NH 4) 2 Сr 2 Про 7 → N 2 + Сr 2 Про 3 + Н 2 O

Підберіть коефіцієнти кожної реакції.

Література: 1, 2,3.