Электроэнергетический факультет

Электрохимические процессы в промышленности

Контрольные задания для студентов очной и заочной формы обучения

Электроэнергетический факультет

Специальность: 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

Направление: 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

Вологда, ВоГТУ

Электрохимические процессы в промышленности: Контрольные задания для студентов очной и заочной формы обучения. - Вологда: ВоГТУ, 2010,- с.

Контрольные задания составлены для студентов очной и заочной формы обучения. В каждой теме предлагается 25 задач различной степени сложности. В конце приведены таблицы с вариантами выполнения контрольных работ для студентов-заочников и справочная таблица.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составитель: Борисова И.И., старший преподаватель кафедры электрооборудования

Рецензент: Хрусталев Ю.В., канд. техн. наук доцент кафедры электротехники

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ

Степень окисления элемента в соединении определяется как число электронов, смещенных от атома данного элемента к другим атомам (при положительной степени окисления) или от других атомов в атому данного элемента (при отрицательной степени окисления).

В простых веществах степень окисления всегда равна нулю. Нулевые значения степени окисления имеют, например, атомы в молекулах водорода (H₂), кислорода (O₂), серы, в чистых металлах и др.

В сложных соединениях некоторые элементы проявляют всегда одну и ту же степень окисления, но для большинства элементов она может принимать несколько значений. При записи степени окисления у символа элемента справа вверху указывают сначала знак, а затем цифру. Например, запись Ca²⁺ означает кальций в степени окисления +2. Степень окисления элемента также указывают римской цифрой в скобках, следующей сразу без пробела за названием элемента или символа элемента, например, записи железо (

И Fe () используются для обозначения железа в степени окисления + 3. Постоянную степень окисления имеют щелочные элементы (+1), бериллий, магний, щелочноземельные элементы (+2), фтор (-1). Для водорода в большинстве соединений характерна степень окисления +1, а в его соединениях с металлами и в некоторых других соединениях она равна -1. Степень окисления кислорода, как правило, равна -2; к важнейшим исключениям относятся пероксидные соединения, где она равна -1, и фторид кислорода OF2, в котором степень окисления кислорода равна +2. Для элементов с непостоянной степенью окисления её значение всегда нетрудно подсчитать, зная формулу соединения и учитывая, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Определим для примера степень окисления углерода в CO, CO2, CH4, C2H6, C2H5OH. Обозначим её через х. Тогда, помня, что степень окисления водорода равна +1, а кислорода -2, получим:   CO х + (-2) = 0 х = +2 CO2 х +2(-2) = 0 х = +4 CH4 х +4(+1) = 0 х = -4 C2H6 2х +6(+1) = 0 х = -3 C2H5OH 2х +6(+1) + (-2) = 0 х = -2     Окислительно-восстановительными называются такие реакции, в результате которых изменяется степень окисления одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Окислительно-восстановительные реакции имеют большое значение в биологических системах. Фотосинтез, дыхание, пищеварение - все это цепи окислительно-восстановительных реакций. В технике значение окислительно-восстановительных реакций также велико. Так вся металлургическая промышленность основана на окислительно-восстановительных процессах, в ходе которых металлы выделяются из природных соединений. Простым примером окислительно-восстановительной реакции может служить реакция взаимодействия натрия с хлором:   2 Na + Cl2 = 2 NaCl.   Эта реакция протекает в несколько стадий. В ходе одной из них атомы натрия превращаются в положительно заряженные ионы; степень окисления натрия изменяется от 0 до +1:   Na - e- = Na+.   Такой процесс - отдача электронов, сопровождающаяся повышением степени окисления элемента, называется окислением. Электроны, отдаваемые натрием, принимаются атомами хлора, которые превращаются при этом в отрицательно заряженные ионы; степень окисления хлора изменяется от 0 до -1:   Cl2 + 2e- = 2Cl-.   Присоединение электронов, сопровождающееся понижением степени окисления элемента, называется восстановлением. Таким образом, в рассматриваемой реакции натрий окисляется, а хлор восстанавливается. Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем, а вещество, содержащее восстанавливающийся элемент, - окислителем. Следовательно, в данном примере натрий-восстановитель, а хлор-окислитель. Окислительно-восстановительные реакции обычно уравнивают методом электронного баланса или методом полуреакций. Мы разберем подробно метод электронного баланса. Метод электронного баланса уравнивания окислительно-восстановительных реакций заключается в выполнении следующего правила: число электронов, отданных всеми частицами восстановителей, всегда равно числу электронов, присоединенных всеми частицами окислителей в данной реакции. Уравнивание окислительно-восстановительных реакций этим методом требует знания формул исходных веществ и продуктов реакции, умения рассчитывать степени окисления элементов в молекулах и ионах и строгого соблюдения очередности действий. Разберем это на конкретном примере: