До каких продуктов может быть окислена вода


Окислительно-восстановительные реакции диспропорционирования | Задачи 616

Задача 616.
Среди приведенных превращений указать реакции диспропорционирования:

Решение:

Реакция сопровождается одновременным увеличением и уменьшением степени окисленности  атомов одного и того же элемента, первоначально находившегося в одном, определённом состоянии, называется реакцией диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). В данной реакции сера восстанавливается, уменьшая степень окисленности от 0 до -2, а также часть атомов серы, входящих в состав простого вещества S, окисляется, увеличивая свою степень окисленности от 0 до +4.

В данной реакции атомы, изменяющие свои степени окисленности, находятся в одной молекуле Au 2O3, так атом золота уменьшает свою степень окисленности от +3 до 0, проявляя свойства окислителя, атом кислорода проявляет свойства восстановителя, увеличивает свою степень окисленности от -2 до 0, значит, реакция является внутримолекулярной окислительно-восстановительной.

Атом хрома уменьшает свою степень окисленности от +6 до +3, проявляя свойства окислителя, а атом хлора увеличивает свою степень окисленности от -1 до 0, проявляя свойства восстановителя. Реакция характеризуется тем, что атомы, изменяющие свои степени окисленности, находятся в молекулах разных веществ, значит, реакция является межмолекулярной окислительно-восстановительной.

В данной реакции при разложении HClO3 часть атомов хлора восстанавливается, изменяя степень окисленности от +5 до -1, а другая окисляется от +5 до +7. Реакции, которые  сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисленности атомов одного и того же элемента, первоначально находившегося в одном, определённом состоянии, называются реакциями диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). 

В данной реакции при разложении N2h5 часть атомов азота восстанавливается, изменяя степень окисленности от -2 до -3, а другая окисляется от -2 до 0.
Реакции, которые  сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисленности атомов одного и того же элемента, первоначально находившегося в одном, определённом состоянии, называются реакциями диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления)

В данной реакции атомы серебра, изменяющие степень окисленности от +1 до 0, принимают электроны, а атомы азота, степень окисленности которых меняется от +5 до +4, их отдают. Реакции, которые характеризуются тем, что атомы, изменяющие свои степени окисленности, находятся в одной и той же молекулярной частице, называются внутримолекулярными окислительно-восстановительными реакциями.

Ответ: а), г), д).


Задача 617.
До каких продуктов может быть окислена вода: а) до 02 и Н+; б) до 0Н- и Н2; в) до 20Н-?
Решение:
Окисление соответствует увеличению степени окисленности элемента, восстановление – её уменьшению. Вещества, содержащие атомы, которые понижают степень окисленности элемента, называются окислителями, а вещества, содержащие атомы, которые степень окисленности повышают – восстановителями. Следовательно, вода может быть окислена, т. е. быть восстановителем, в случае, когда степень окисленности или водорода, или киcлорода может быть повышена. Так как степень окисленности водорода в молекуле Н2О равна её максимальному значению (+1), то водород не может быть восстановителем, а степень окисленности кислорода – низшая (-2), то кислород может быть восстановителем. Исходя из этого, следует, что вода может быть окислена до кислорода со степенью окисленности равной 0, т. е. до О2  и Н+. Что можно представить схемой: 2Н2О – 4  = О2 +4Н+.

Процесс восстановления воды идёт по схеме: 2Н2О + 2 = Н2 + 2ОН-. Здесь степень окисленности водорода уменьшается от +1 до 0. Процесс образования из Н2О 2ОН- не протекает.

Ответ: а).


Задача 618.
В каких из указанных превращений кислород выполняет функции восстановителя:

Решение:
Восстановителями являются те элементы, атомы которых повышают степень окисленности. Определим, в каких превращениях кислород повышает свою степень окисленности:

В данной реакции кислород повышает свою степень окисленности от -2 до 0, значит, он является восстановителем.

В данной реакции кислород повышает свою степень окисленности от -2 до 0, значит, он является восстановителем

В данной реакции кислород уменьшает свою степень окисленности от 0 до -2, значит, он является окислителем.

В данной реакции кислород повышает свою степень окисленности от -1 до 0, значит, он является восстановителем.

Ответ: а), б), г).


Глава 11 - Реакции переноса электрона и электрохимия

Введение

Редокс-реакции, или реакции переноса электрона, составляют один из самых широких и наиболее важных классов реакций в химии. Все реакции с участием молекулярного кислорода, такие как горение и коррозия, являются реакциями переноса электрона. Биологические процессы, такие как дыхание, фотосинтез и расщепление молекул пищи, состоят из последовательностей реакций переноса электронов, которые служат для транспортировки и использования энергии солнца.Батареи - это устройства, которые позволяют нам использовать свободную энергию реакций переноса электронов.

11.1 Электронный перенос или окислительно-восстановительные реакции

Введение

Мы начнем наше изучение реакций переноса электрона с введения некоторых терминов и определений и изучения процесса переноса электрона.
Предварительные требования
Цели
  • Опишите реакцию переноса электрона.
  • Дайте определение окислению и восстановлению.
  • Определите окислитель и восстановитель.
  • Укажите, может ли вещество действовать как окислитель или как восстановитель, или и то, и другое.
  • Определите окислители и восстановители в окислительно-восстановительной реакции.
  • Определите количество переданных электронов в сбалансированном химическом уравнении для реакции переноса электрона.
  • Определите донорные и акцепторные орбитали в простой окислительно-восстановительной реакции.
  • Объясните влияние орбитальной энергии на перенос электронов.
  • Определите фактор, ответственный за окислительную и восстанавливающую силы.
  • Опишите редокс-пару и напишите аббревиатуру для данной пары.

11.1-1. Введение в электронный перенос

  • Просмотр видео
  • Просмотрите видео в этом окне, нажав кнопку воспроизведения.
  • Используйте элементы управления видео для просмотра видео в полноэкранном режиме.
  • Просмотрите видео в текстовом формате, прокрутив вниз.

11.1-2. Электронный перенос

Электроны переходят от одного вида к другому в реакциях переноса электрона.

Реакция, которая происходит, когда железо (стальная вата) помещается в раствор CuSO 4 , показана в таблице ниже. Ионы
Стальная вата состоит в основном из атомов Fe. Cu 2+ придают раствору CuSO 4 синий цвет. Стальная вата покрыта металлической медью там, где она была погружена в раствор CuSO 4 . Раствор теряет цвет, потому что Cu 2+ были замещены бесцветными ионами Fe 2+ .

Таблица 11.1: Реакция переноса электрона

Мы можем сделать следующие наблюдения:
  • 1

    Глубокий синий цвет раствора CuSO 4 , обусловленный присутствием ионов Cu 2+ , теряется.
  • 2

    Образуется коричневое твердое вещество.Анализ показывает, что твердое тело представляет собой металлическую медь.
  • 3

    Металлическая вата распадается по мере исчезновения атомов Fe.
  • 4

    Анализ показывает, что в растворе образуются ионы Fe 2+ .
и делаем следующие выводы:
  • 1

    Cu 2+ преобразован в Cu.
  • 2

    Fe преобразовано в Fe 2+ .
В ходе реакции степень окисления меди изменяется от +2 в ионах Cu 2+ в растворе до 0 в атомах, содержащих металлическую медь. Каждый ион Cu 2+ должен получить два электрона, чтобы стать атомом Cu. Точно так же степень окисления железа изменяется от 0 в атомах, составляющих стальную вату, до +2 в ионах Fe 2+ в растворе. Каждый атом Fe должен потерять два электрона, чтобы превратиться в ион Fe 2+ . Таким образом, каждый атом Fe отдает два электрона, а каждый Cu 2+ получает два электрона, т.е.е., два электрона передаются от атомов железа к ионам Cu 2+ в растворе. Это пример реакции переноса электрона . Реакция записывается как

11.1-3. Окисление и восстановление

Восстановление - это получение электронов, окисление - это потеря электронов, а реакции переноса электронов также называются окислительно-восстановительными реакциями.

Восстановление - это прирост электронов.Добавленные электроны «снижают» степень окисления вещества. Ионы Cu 2+ получают два электрона, поэтому они восстанавливаются до атомов Cu. Обратите внимание, что двухэлектронное восстановление снижает степень окисления меди с +2 в ионе до 0 в атоме. Окисление - потеря электронов. Потеря отрицательного заряда вызывает повышение степени окисления вещества. Атомы Fe теряют два электрона, поэтому они окисляются до ионов Fe 2+ . Обратите внимание, что двухэлектронное окисление повышает степень окисления железа с 0 в атоме до +2 в ионе. Окислительно-восстановительные реакции - реакции окисления и восстановления. Реакции переноса электронов всегда включают как окисление, так и восстановление, потому что электроны не могут быть получены, если они не потеряны.

11.1-4. Окислители и восстановители

Окисляющие реагенты (окислители) восстанавливаются при окислении восстановителей.

Перенос электрона является результатом сочетания окисления и восстановления.Один из видов не может быть окислен, если другой вид не принимает электроны и не восстанавливается. То есть окисление вызывает восстановление, а - наоборот . Следовательно, разновидность, которая окисляется в результате реакции, называется восстановителем или восстановителем , а разновидность, которая восстанавливается в результате реакции, называется окислителем или окислителем. . Восстановитель содержит электроны, которые переносятся во время реакции, поэтому он находится в восстановленной форме, которую мы обозначим Red 1 .Перенос электронов превращает его в окисленную форму, которую мы назовем Ox 1 . Точно так же у окислителя есть незаполненные орбитали, которые могут принимать перенесенные электроны, поэтому он находится в окисленной форме, Ox 2 . Принятие электронов преобразует его в его сокращенную форму, Красный 2 . Типичную окислительно-восстановительную реакцию можно выразить следующим образом. Таким образом, восстановитель, Red 1 , может быть идентифицирован как восстановленная форма (форма в более низкой степени окисления) вида 1, в то время как окислитель Ox 2 является окисленной формой (форма в более высокой степени окисления). ) вида 2. .

Глава 20 - Введение в Bio & Chem

Два типа химических реакций
  • 2 Основные типы химических реакций - кислотно-основные реакции и реакции окисления-восстановления
  • Кислотно-основные реакции включают перенос протонов от одного реагента к еще
  • Реакции окисления-восстановления включают перенос одного или нескольких электронов от одного реагента к другому.

Кислоты и основания

  • Кислота происходит от латинского Acidus , что означает «кислый»
  • Кислоты необходимы в химическая промышленность
  • Основы характеризуются горьким вкусом и скользким ощущением
  • Сами основы не скользкие
  • ^ Приводят к тому, что кожные масла превращаются в скользкие растворы мыла
  • Основы широко используются в промышленности
  • Часто называются растворы, содержащие основания щелочной (термин, производный от арабского al-qali (пепел) )
  • Кислота - это любое химическое вещество, которое отдает ион водорода, H +
  • Основание - это любое химическое вещество, которое принимает ион водорода
  • Кислота - это химическое вещество, которое отдает протон
  • Основание - это химическое вещество, которое принимает протон
  • Гидроний Ион - молекула воды с дополнительным протоном
  • Важным аспектом определения кислотно-основного является то, что в нем используется поведение для определения вещества как кислоты или основания
  • Продукты кислотно-основной реакции могут вести себя как кислоты или как основания
  • Ион аммония может отдавать ион водорода обратно иону гидроксида для преобразования аммиака и воды
  • Соль - общий термин, означающий любое ионное соединение, образованное в результате реакции между кислотой и основанием
  • Коррозионный химикат обладает способностью к разрушать материал или стирать его поверхность
  • Реакция нейтрализации - реакция между кислотой и основанием
  • Не все реакции нейтрализации приводят к образованию воды

Относительная сила кислот и оснований

  • Чем сильнее кислота, тем легче она отдает ионы водорода
  • Сильнее основание - оно легче принимает ионы водорода
  • Сильные кислоты и основания, как правило, генерируют больше ионов, чем слабые кислоты или оснований
  • Раствор сильной кислоты (или сильного основания) является лучшим проводником электричества, чем раствор слабой кислоты (или основания) той же концентрации
  • Слабые кислоты и слабые основания имеют небольшую тенденцию отдавать или принимать ионы гидроксония

Кислотные, основные и нейтральные растворы

.

Как удалить железо из колодезной воды и зачем это нужно

Удаление железа из колодезной воды сначала включает определение типа железа, присутствующего в водопроводе (железо, железо или железобактерии), измерение его концентрации в ppm, измерение pH воды, а затем применение соответствующего метода удаления железа путем окисления, ионного обмена, зеленого песка или химического сырья.

Далее будут рассмотрены несколько различных методов удаления железа и условия, в которых должна быть вода, чтобы эти методы работали.

Для концентраций железа менее 3 частей на миллион

Умягчители воды

Умягчители воды работают в процессе ионного обмена, когда такие элементы, как железо, магний и кальций, собираются и обмениваются с натрием. Для колодезной воды с достаточно низкой концентрацией двухвалентного железа (менее 3 частей на миллион) и уровнем pH не более 6,7 процесс ионного обмена является эффективным способом удаления железа из водоснабжения.

Джек на все 100 / Youtube

Умягчители воды не следует использовать с колодцами, содержащими трехвалентное железо, поскольку они не подходят для ионного обмена и могут быстро загрязнять шарики смолы, а также не следует использовать умягчитель для удаления двухвалентного железа в концентрациях выше 3 ppm в виде шариков смолы. может быть недостаточно сильным, чтобы вытягивать такие высокие концентрации железа.

Щелочность также является важным фактором, поскольку чем выше pH, тем вероятнее, что двухвалентное железо окислится до трехвалентного железа и станет непригодным для ионного обмена. В нашей статье о смягчителях воды для систем водоснабжения из колодцев объясняется, как они работают и как выбрать подходящий для вашего дома.

Для концентраций железа более 3 частей на миллион

Железные фильтры

Для концентраций железа, которые не удастся удалить с помощью смягчителя воды, потребуется железный фильтр.Железные фильтры проходят процесс, называемый окислением.

Поскольку двухвалентное железо растворимо и легко проходит через любой фильтр, его сначала нужно «окислить» до трехвалентного железа, а затем отфильтровать. Находясь в нерастворимом трехвалентном состоянии, железо можно фильтровать через множество различных сред, прежде чем чистая вода пройдет через выпускное отверстие.

Процесс окисления может происходить разными способами, но наиболее распространенными являются воздух, среда или химические вещества.

Окисление воздуха

Этот метод окисления, часто называемый воздушно-инжекционным, воздушно-индукционным или не содержащим химикатов железным фильтром, использует сжатый воздух для окисления железа до нерастворимого трехвалентного железа, которое можно фильтровать.

Водные системы США: Youtube

Внутри резервуара с железным фильтром для нагнетания воздуха находятся воздух, вода и слой среды. Когда вода с концентрацией железа проходит через резервуар, двухвалентное железо окисляется воздухом и затем фильтруется через слой среды, где оно остается. Чистая вода без содержания железа проходит через бак и попадает в выпускное отверстие.

Трехвалентное железо в слое среды затем промывается и вымывается из системы через дренажную трубу.

Железные фильтры с впрыском воздуха также окисляют и фильтруют марганец и сероводород.

Среда и химическое окисление

Фильтры Greensand - Марганец Greensand, характеризующийся часто зеленоватым оттенком, является одной из старейших сред, используемых для окисления и удаления железа из воды. Железо немедленно окисляется и улавливается, когда оно проходит через фильтр из зеленого песка, позволяя чистой воде проходить через него.

Для фильтров Greensand требуется перманганат калия, сильный окислитель, который периодически восстанавливает greensand после использования.

Birm Filters - Birm, гранулированный фильтр, названный компанией, которая его изобрела, работает так же, как и зелень, и окисляет двухвалентное железо сразу после его контакта с ним. В отличие от фильтров Greensand, фильтры Birm не требуют дополнительных химикатов для регенерации среды, скорее, среда автоматически и периодически промывается обратной промывкой.

Насос подачи химикатов

В крайних случаях и случаях, связанных с железобактериями, железные фильтры и водоумягчители могут оказаться не самым эффективным средством решения проблемы с железом.Некоторые химические вещества могут потребоваться закачивать в колодец для борьбы с конкретными загрязнителями. В этом случае требуется насос для подачи химикатов.

Насос подачи химикатов работает путем закачки определенных химикатов в саму скважину с целью устранения, окисления или дезинфекции определенных загрязняющих веществ в водопроводе. При рассмотрении вопроса о перекачке химикатов следует проконсультироваться с профессиональным подрядчиком, поскольку сама задача включает в себя ряд нюансов, которые потенциально можно упустить.

Хотя железные фильтры очень эффективны при удалении железа на уровне поверхности непосредственно перед тем, как оно попадет в дом, перекачка химикатов решает проблему железа в источнике. Перекачивание химикатов - гораздо более постоянное решение, которое может избавить от проблем с железом, прежде чем они попадут в дом раз и навсегда.

Наиболее часто используемые химические вещества:

    • Хлор для обработки железных бактерий и окисления железа
    • Пероксид водорода для обработки сероводорода и окисления железа
    • Лимонная кислота для снижения уровня pH воды
    • Карбонат натрия для повышения уровня pH воды
.

Смотрите также