Шпаргалка по Общей химии"

3.Электролиз – окислительно-восстановительный  процесс, протекающий на электродах  при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

4.Самокисления-самовосстановления (диспропорционирования)  – в одном и том же веществе  часть атомов одного и того  же элемента выступает в роли  окислителя, а другая часть –  в роли восстановителя. 2NO₂ + H₂O -> HNO₃ +  HNO₂

Степень окисления элемента – число, показывающие величину и знак заряда, который образовался бы на атоме данного элемента при допущении, что все ковалентные полярные связи в молекуле являются чисто ионными.

!Сумма всех степеней окисления  в молекуле равна 0!

1.Степень окисления Н всегда +1 (Искл. Гидриды Ме - Na⁺¹H^-1)

2. Степень окисления О всегда -2 (Искл. H₂O₂, Na₂O₂)

3.Степень окисления Ме в соединениях всегда с +; численно равна валентности.

4.Степень окисления простых  веществ равна нулю.

 

Составление уравнений ОВР.

1).Метод электронного баланса.

Число отданных электронов равно числу  принятых. Процессы окисления и восстановления друг с другом неразрывно связаны.

1.Составить схему реакции, т.е.  записать формулы исходных веществ  и продуктов реакции.

2.Отметить элементы, атомы которых  изменяют степень окисления в результате реакции. Найти среди исходных веществ окислитель и восстановитель.

3.Составить электронные уравнения  полуреакций для элементов, которые изменили свою степень окисления. Если вещество, участвующее в окислительно-восстановительном процессе, представлено двумя атомами, то в уравнении надо брать сразу два атома.

4.Составить схему электронного  баланса таким образом, чтобы  число электронов, отданных восстановителем,  было равно числу электронов, принимаемых окислителем. Для  этого следует подобрать основные коэффициенты и записать их в левой или правой части электронного уравнения.

5.Основные коэффициенты реакции  перенести в молекулярное уравнение  и поставить при окислителе  и восстановителе, а также продуктах  их превращения.

6.Расставить коэффициенты при атомах остальных элементов на основании закона сохранения массы.

7.Проверить число атомов кислорода  до и после реакции.

 

2). Метод полуреакций.

1.Составить схему реакции, определив  е продукты.

2.Найти среди исходных веществ  те, которые содержат ион-окислитель и ион-восстановитель.

3.Составить полуреакции окисления  и восстановления, уравняв число  атомов в правой и левой  частях:

а). если в исходных веществах О  больше, чем в конечных, то атомы  О связываются по схемам:

в кислой среде: О + 2Н⁺ -> H₂O

в нейтральной или щелочной среде: О + H₂O -> 2ОН^-

б). если в исходных веществах О  меньше, чем в конечных, то атомы  О связываются по схемам:

в кислой или нейтральной среде: H₂O -> О + 2Н⁺

в щелочной среде: 2ОН^- -> О + H₂O

4.В электронно-ионных уравнениях подобрать основные коэффициенты реакции так, чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принимаемых окислителем (принцип электронейтралььности).

5.Сложить электронно-ионные уравнения  с учётом найденных основных  коэффициентов, получить ионное уравнение данной ОВР.

6.На основе ионного уравнения переносом коэффициентов составить молекулярное уравнения ОВР.

 

 

 

 

 

Электрохимические процессы – это  химические реакции, которые сопровождаются появлением электрического тока или вызваны электрическим током.

Эти реакции окислительно-восстановительные!

Если процессы окисления и восстановления разделить таким образом и  создать возможность перехода электронов от восстановителя к окислителю по проводнику, то в такой системе  возникает электрический ток и происходит превращение хим. энергии в электрическую.

Устройства, в которых происходят такие превращения называются гальваническими  элементами.

-процессы должны быть пространственно  разделены;

-должна быть разность потенциалов;

-в растворе должны быть ионы, способные к восстановлению;

-в системе должны быть условия  для обеспечения внутреннего  тока.

Электрод с процессом окисления  – Анод.

Электрод с процессом восстановления – Катод.

Гальванический элемент состоит  из двух элементов Ме, опущенных в растворы соответствующих солей, между которыми находится полупроницаемая перегородка.

 

Электродный потенциал металла.

Электродный потенциал — разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом (чаще всего между металлом и раствором электролита).

Величина электродного потенциала в неравновесном состоянии зависит как от природы и состава металла, так и от концентрации его в растворе, а также от температуры.

Стандартные электродные потенциалы даны при стандартных условиях. Однако, реакции могут действовать и  при нестандартных условиях. При  данном стандартном потенциале, потенциал при нестандартных эффективных концентрациях может быть вычислен с использованием уравнения Нернста:

ϕ = ϕ₀ + RT/nF  x ln{Mⁿ⁺}

ϕ = ϕ₀ + 0,059/n    x lg{ Mⁿ⁺} ,     где ϕ - электродный потенциал,

ϕ₀ - стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

 — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

 — абсолютная температура;

 — число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль;

 — число моль электронов, участвующих в процессе;

Уравнение Нернста описывает зависимость  потенциала от различных факторов.

Величина потенциала характеризует  восстановительную способность  Ме и окислительную способность  иона.

Чем меньше ϕ_, тем восстановительная способность Ме больше, а окислительная способность его иона меньше!

 

Электролиз – это совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.

При пропускании электрического тока через водные раствор или расплав  электролита катионы движутся к  катоду, а анионы – к аноду. На катоде происходит процесс восстановления ионов, на аноде – процесс окисления. В результате осуществляется окислительно-восстановительная химическая реакция.

Процессы электролиза в расплавах  и растворах имеют существенные различия. В расплавах в ОВР  на электродах принимают участие  только ионы самого электролита (т.к. других ионов нет). В водных растворах в реакциях на катоде и аноде, кроме ионов электролита могут принимать участие и молекулы воды.

Различают электролиз с инертными  электродами (графитовые, угольные, платиновые) и активным (растворимым) анодом.

Электролиз растворов солей:

1.Катодные правила:

а). если Ме в ряду напряжения Ме находится  правее Н₂, то на Катоде(-) происходит восстановление катиона Ме до свободного состояния.

б). если Ме в ряду напряжения находится  левее Al включительно, то на К. происходит восстановление молекулы воды с выделением водорода и гидрокси-группы: (рН>7)

K(-) 2H₂O + 2e-> Н₂ + 2OH^-

в).Если Ме в ряду напряжения находится между Al и Н₂, то сравниваются стандартные электродные потенциалы Ме с СЭП водорода, который в кислой среде равен 0 В, а при нейтральной среде – -0,41 В.

-если СЭП Ме меньше СЭП  водорода, то на К. происходит  восстановление Н₂ до свободного состояния.                         K(-) 2Н⁺ + 2е -> Н₂

-Если СЭП Ме больше СЭП водорода, то на К. происходит восстановление катиона Ме о свободного состояния.   K(-) Ме⁺ +е ->Ме⁰

2.Анодные правила.

а). Если соль бескислородсодержащая, то на А. происходит окисление аниона до свободного состояния.

б).Если соль кислородсодержащая, то на на А. происходит окисление молекулы воды с выделением кислорода O₂ и катиона Н⁺ :    А(+) 2H₂O - 4e -> O₂ + 4Н⁺

 

Электролиз расплавов солей.

1.Катодные правила:

Вне зависимости от расположения Ме в электрохимическом ряду напряжения на К. происходит восстановление катиона  Ме до свободного состояния.   K(-) Ме⁺ +е ->Ме⁰

2.Анодные правила:

а). Если соль без кислорода, то на А. будет окисляться анион до свободного состояния.

б). Если соль с кислородом, то на А. происходит окисление аниона до соответствующего оксида с выделением O₂.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коллоидные растворы.

Понятие дисперсной системы, классификация и виды дисперсных систем. Коллоидные растворы. Золи, гели. Получение коллоидных растворов. Устойчивость коллоидных растворов. Строение мицеллы. Свойства коллоидных растворов. Коагуляция.

 

Дисперсные системы – это системы, в которых одно вещество в виде мельчайших частиц распределено в другом веществе.

В котором распределено – дисперсная среда. Которое в мельчайших частицах – дисперсная фаза.

По размерам дисперсной фазы различают:

1.грубодисперсные – 10^-5см < a

Д (степень дисперсности) = 1/a см^-1

Смысл: сколько частиц может уместиться в единице длины.

Д < 10^-5см

2.Коллоидные – 10^-7 < a < 10^-5см

10^-7 < Д < 10^-5

3.истинные растворы – a < 10^-7 см

Д < 10^-7 см

К дисперсным системам относятся обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также суспензии и эмульсии. Они отличаются друг от друга, прежде всего размерами частиц, т.е. степенью дисперсности, а также состояниями дисперсионной среды и дисперсионной фазы.

Суспензия (взвесь) – это дисперсная система, в которой дисперсной фазой является твёрдое вещество, а дисперсионной средой – жидкость, причём твёрдое вещество практически нерастворимо в жидкости. Например, масляные краски, взвесь гидроксида кальция.

Эмульсии – это дисперсные системы, в которых и ДФ и ДС являются жидкостями, взаимно не смешивающимися. Например, молоко, водоэмульсионная краска, майонез.

Коллоидные растворы – это высокодисперсные системы (диаметр частиц от 1 до 500нм) с жидкой дисперсной средой. Коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы = золи

Гель – ДС твёрдая, а ДФ жидкая. Например, желе, желатин, косметические  гели. Гели –  связанная коллоидная система.

При определённых условиях (понижение  температуры) золи утрачивают текучесть и переходят (тиксотропия) в гели. При повышении температуры гели становятся золями (синерезис).

Лиофильные – обратимые коллоиды.

Лиофобные – необратимые коллоиды.

Получение коллоидных растворов.

Методы основаны либо на дроблении  крупных (методы диспергирования), либо на укрупнении мелких (методы конденсации) частиц. И диспергирование, и конденсация  могут протекать как без участия  химических или физико-химических процессов, так и с их участием, поэтому условно выделяют физические и химические методы получения дисперсных систем.

Диспергирование проводят с использованием коллоидных и шаровых мельниц, с  помощью электричества, ультразвука, вибрации (физические методы) и пептизации (химический метод). Пептизация – переход частиц осадка снова в раствор.

Физические конденсационные методы основаны на создании в гомогенной системе пересыщения путём изменения  температуры или состава растворителя. Химические конденсационные методы заключаются в проведении реакций, заканчивающихся образованием нерастворимых веществ. Реакции проводят таким образом, чтобы скорость образования частиц дисперсной фазы превышала скорость их роста, так как от соотношения скоростей этих процессов зависит степень дисперсности получаемой системы. Такое условие достигается подбором концентраций реагентов, температурного режима, введением ингибиторов роста кристаллов. Для получения золей методом химической конденсации можно использовать ОВР и обменные реакции.

Коллоидные растворы, полученные одним  из таких способов, содержат примеси  растворённых низкомолекулярных веществ  и грубодисперсных частиц, наличие  которых может отрицательно сказываться  на свойствах золей, снижая их устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Фильтрация основана на способности  коллоидных частиц проходить через  поры обычных фильтров. При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Диализ – удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов высокомолекулярных соединений. При этом используют свойства мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы. Малые молекулы и ионы диффундируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости. В качестве мембран для диализа применяют различные плёнки: естественные (бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пузырь рыб) и искусственные (из целлофана, желатина и других материалов).

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных  электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с разностью потенциалов. Проведение диализа в электрическом поле позволяет ускорить очистку  коллоидного раствора в несколько десятков раз.

Ультрафильтрацию применяют для  очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, взвеси бактерий и вирусов) . В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных веществ. В определённой степени ультрафильтрацию можно рассматривать как диализ под давлением. Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, НК, ферментов, а также в микробиологии для определения размеров вирусов и бактериофагов.