Контрольное задание 2

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся из­менением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.
Под степенью окисления (п) понимают тот условный заряд атома, который вычисляется
исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. Иными словами: степень окисления — это тот условный заряд, который приобрел бы атом элемента, если предположить, что он принял или отдал то или иное число электронов. Окисление - восстановление — это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление — к ее понижению у окислителя.

Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях; окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает. При этом не имеет значения, переходят ли электроны от одного атома к другому пол­ностью и образуются ионные связи или электроны только оттягиваются к более электроотрицательному атому и возникает полярная связь. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.

Атом того или иного элемента в своей высшей степени "окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойстве, а в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и прояв­ляет только восстановительные свойстве. Атом же элемента, имеющий промежуточ­ную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановитель­ные свойства.

Например:

N ⁵⁺ (HNO₃) S ⁶⁺ (H₂SO₄) проявляют только окислительные свойства

N ⁴⁺ (NO₂) S⁴⁺ (SO₂)

N ³⁺ (HNO₂)

N ²⁺ (NO) S ²⁺ (SO) Проявляют окислительные и восстановительные свойства

N ¹⁺ (N₂O)

N ⁰ (N₂) S ⁰ (S₂; S₃)

N ^–1 (NH₂OH) S ^–1 (H₂S₂)

N ^{2 -} (N₂H₄)

N ^{3 -} (NH₃) S ^{2 -} (H₂S) проявляют только восстановительные свойства

При окислительно-восстановительных реакциях валентность атомов может и не меняться. Например, в окислительно-восстановительной реакции Н₂⁰ + Cl⁰₂ ⁼ 2H⁺Cl^- валентность атомов водорода и хлора до и после реакции равна единице. Измени­лась их степень окисления. Валентность определяет число связей, образованных дан­ным атомом, и поэтому знака не имеет. Степень же окисления имеет знак плюс или минус.

Пример 1. Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соедине­ниях NH₃, HN0₂, HNO₃, H₂S, H₂S0_3, H₂S0₄, Mn0₂, KMn0₄ определить какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение. Степень окисления п (N) в указанных соединениях соответственно рав­на: —3 (низшая), + 3 (промежуточная), +5 (высшая); n (S) соответственно равна: -2 (низшая), +4 (промежуточная), +6 (высшая); n (Мп) соответственно равна: +4 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: NH₃, H₂S — только восстановители; HNO₃, H₂S0₄. KMn0₄ — только окислители; HN0₂, H₂S0₃, Mn0₂ — окислители и восстановители.

Пример 2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: a) H₂S и HI; б) H₂S и H₂S0₃; в) H₂S0₃ и НClO₄?

Решение: а) Степень окисления в H₂S n (S) = -2; в HI n (I) = -- 1. Так как и сера, и иод находятся в своей низшей степени окисления, то оба взятые вещества проявля­ют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут; 6) в H₂S n (S) = —2 (низшая); в H₂S0₃ n (S) = +4 (промежуточная). Следовательно, взаимодействия этих веществ возможно, причем H₂S0₃ является окислителем; в) в H₂S0₃ n (S) = +4 (промежуточная); в НClO₄ л (Сl) = +7 (высшая). Взятые вещест­ва могут взаимодействовать. H₂S0₃ в этом случае будет проявлять восстановитель­ные свойства.

Пример 3. Составьте уравнения окислительно-восстановительной реакции, иду­щей по схеме

+7 +3 +2 +5

КМn0₄ + Н₃РО₃ + H₂SO₄ MnS0₄ + H₃P0₄ + K₂S0₄ + Н₂0

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахож­дению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электрон­ного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях

Восстановитель 5 Р³⁺ -- 2е = Р⁵⁺ процесс окисления
окислитель 2| Мn⁷⁺ + 5е = Мn²⁺ процесс восстановления

Общее число электронов, отданных, восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для от­данных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 полу­чаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят под­бором. Уравнение реакции будет иметь вид

2КМn0₄ + 5Н₃Р0₃ + 3H₂S0₄ = 2MnS0₄ + 5H₃P0₄ + K₂S0₄ + 3H₂0

Пример 4. Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентриро­ванной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

Решение. Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свой­ства. В концентрированной серной кислоте окислительную функцию несет сера (+6). Максимальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления. Минимальная степень окисления серы как р-элемеита VIA груп­пы равна —2. Цинк как металл IIВ группы имеет постоянную степень окисления +2. Отражаем сказанное в электронных уравнениях:

восстановитель 4 Zn⁰ — 2e = Zn²⁺ процесс окисления

окислитель 1 S⁶⁺ + 8e = S^2- процесс восстановления

Составляем уравнение реакции:

4Zn + 5H₂S0₄ = 4ZnS0₄ + H₂S + 4H₂0

Перед'H₂S0₄ стоит коэффициент 5, а не 1, ибо четыре молекулы H₂S0₄ идут на связывание четырех ионов Zn ²⁺.

Контрольные вопросы

221. Исходя из степени окисления хлора в соединениях НCl, НClO₃, НCl₄, определите­, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании­
электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

KBr + KBrO₃ + H₂SO₄ Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

222. Реакции выражаются схемами:
Р + НIO₃ + Н₂0 H₃РО₄ + HI

H₂S + Cl₂ + Н₂0 H₂S0₄ + HCl

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.

223. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление
или восстановление - происходит при следующих превращениях:

As^3- As⁵⁺; N³⁺ N^3-; S^-2 S°

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

224. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН₃, Н₃РО₄, Н₃РО₃, определите какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

PbS + HNO₃ S + Pb(NO₃)₂ + NO + H₂O

225. См. условие задачи 222.

P + HNO₃ + H₂O H₃PO­₄ + NO

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

226. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

Mn⁶⁺ Mn²⁺; Cl⁶⁺ Cl^-; N^3- N⁵⁺.

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

Cu₂O + HNO₃ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

227. См. условие задачи 222.

HNO₃ + Ca NH₄NO₃ + Ca(NO₃)₂ + H₂O

K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O.

228. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K₂Cr₂O₇, KI, H₂SO₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂ + H₂O

229. См. условие задачи 222.

H₂S + Cl₂ + H₂O H₂SO₄ + HCl

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

230. См. условие задачи 222.

KClO₃ + Na₂SO₃ KCl + Na₂SO₄­

KMnO₄ + HBr KBr + MnBr₂ + H₂O

231. См. условие задачи 222.
Р + HClO₃ + H₂0 H₃PO₄ + HCl

Н₃АsО₃ + КМn0₄ + H₂S0₄ Н₃Аs0₄ + MnS0₄ + K₂S0₄ + Н₂0

232. См. условие задачи 222.

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂Cr0₄ + NaBr + H₂0

FeS + HN0₃ Fe(N0₃)₂ + S + NO + H₂0

233. См. условие задачи 222.

HN0₃ + Zn N₂O + Zn(N0₃)₂ + H₂0
FeS0₄ + KCl0₃ + H₂S0₄ Fe₂(S0₄)₃ + KCl + H₂0
234. См. условие задачи 222.

K₂Cr₂0₇ + HCl Cl₂+ CrCl₃ + KCl + H₂0

Au + HN0₃ + HCl AuCl₃ + NO + H₂0

235. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между
веществами: a) NH₃ и КМn0₄; б) HN0₂ и HI; в) HCl и H₂Se? Почему? На основании
электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей
по схеме

КМn0₄ + KN0₂ + H₂S0₄ MnS0₄ + KN0₃ + K₂S0₄ + Н₂0

236. См. условие задачи 222.
HCl + СrО₃ Cl₂ + CrCl₃ + H₂0

Cd + KMn0₄ + H₂SO₄ CdS0₄ + MnS0₄ + K₂S0₄ + H₂0

237. См. условие задачи 222.

Cr₂0₃ + KClO₃ + KOH K₂Cr0₄ + KC1 + H₂0

MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ HMn0₄ + Pb(N0₃)₂ + PbSO₄ + H₂O

238. См. условие задачи 222.

H₂SO₃ + HClO₃ H₂SO₄ + HCl

FeS0₄ + K₂Cr₂0₇ + H₂S0₄ Fe₂(S0₄) ₃ + Cr₂(S0₄)₃ + K₂S0₄ + H₂0

239. См. условие задачи 222.
I₂ + Cl₂ + H₂0 HI0₃ + HCl

К₂Cr₂О₇ + Н₃РО₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + Н₃РО₄ + K₂SO₄ + H₂O

240. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) РН₃ и НВr; 6) К₂Сг₂О₇ и Н₃РО₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

АsН₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + Н₂О