|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. Пример 1. Окислители и восстановители.
Пример 1. Окислители и восстановители. Какие из перечисленных ниже веществ и за счет каких элементов проявляют обычно окислительные свойства, а какие – восстановительные? Укажите те из них, которые обладают окислительно-восстановительной двойственностью: H 2 SO 4, SO 2, H 2 S, Al, S. Решение Окислительно-восстановительные свойства вещества определяются электронным строением атомов, входящих в его состав, а также зависят от рН раствора, температуры и др. Вещества, атомы или ионы которых способны принимать электроны (т.е. восстанавливаться), понижая свою степень окисления (окислительное число – ОЧ), являются окислителями. Например:
Вещества, атомы или ионы которых способны отдавать электроны (т.е. окисляться), повышая свою степень окисления (окислительное число – ОЧ), являются восстановителями. Например: Na0, K0 Mg0, Zn0 , Fe0 Al0, Cr0 H20, C0 S0, C0 2P0 2P0 Fe2+ Mn2+ Sn2+ Cr3+ S2- S2- S2- [O2]2- 2HCl1-, 2HBr1-, 2HJ1- Вещества, атомы или ионы которых имеют промежуточные степени окис-ления из возможных, проявляют так называемую окислительно-восстанови-тельную двойственность, т.е. способны и принимать и отдавать электроны, а значит быть как окислителями, так и восстановителями. Проанализировав каждое из приведенных в примере веществ в отношении возможных степеней окисления входящих в его состав атомов, можно сделать следующие выводы. а) Серная кислота – В этой степени окисления водород выступает как окислитель преимущест-венно в разбавленных растворах при взаимодействии с металлами, стоящими в ряду напряжений – до водорода, например: ОЧS = +6. Это высшая степень окисления серы в соединениях, поэтому она способна понижаться, например, при взаимодействии металлов с концентри-рованной H2SO4 (особенно при нагревании), за счет чего H2SO4 – является сильным окислителем:
Степень окисления серы во всех реакциях восстановления понижается (ОЧS¯ ). б) Оксид серы (IV) – Это промежуточная степень окисления серы в соединениях, поэтому SO2, в зависимости от партнера, с которым взаимодействует оксид, и от условий проведения реакции, может выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя, проявляя окислительно-восстановительную двойственность, например: в) Сероводород – H2S2− (сероводородная кислота). ОЧS = − 2. Это низшая степень окисления серы в соединениях, поэтому она способна повышаться, за счет чего H2S является восстановителем:
Степень окисления серы во всех реакциях окисления повышается (ОЧS). г) Al0 - алюминий; активный металл IIIА группы. ОЧAl = 0. Так как все металлы обладают только восстановительными свойствами, и алюминий не исключение, то степень окисления их способна только повышаться (ОЧМе):
Степень окисления алюминия во всех реакциях окисления повышается (ОЧAl). д) S 0 – сера, неметалл VIА группы. ОЧS = 0. Это промежуточная степень окисления серы в соединениях (см. п. б) поэтому она может выступать как в роли окислителя (понижая свое ОЧ до –2), так и в роли восстановителя (повышая свое ОЧ до +2, +4, +6):
S 0 - окислитель (ОЧS ¯ );
S 0 - восстановитель (ОЧS ). Таким образом, в данном ряду соединений окислителями могут являться: H 2 SO 4, SO 2 и S, а восстановителями: SO 2 , H 2 S, Al и S.
Пример 2. Составление уравнений реакций межмолекулярного окисления-восстановления. Составить уравнение реакции окисления сероводорода хлорной водой. Решение В молекулярной форме схема реакции между H 2 S и ( Cl 2 + H 2 O ) может быть записана следующим образом:
В ходе реакции степень окисления хлора понижается от 0 до –1, значит Cl2 – окислитель (Cl 2 0 - восстанавливается! ), а степень окисления серы – повышается от –2 до +6, значит H 2 S – восстановитель (S 2− - окисляется). Окислитель Cl 2 и восстановитель H 2 S – молекулы различных веществ, поэтому приведенная реакция относится к типу межмолекулярного окисления-восстановления. Уравнение полуреакции восстановления хлора:
При составлении уравнения полуреакции окисления серы исходят из схемы: В ходе этого процесса атом серы связывается с четырьмя атомами кислорода, источником которых служат четыре молекулы воды. При этом образуются восемь ионов H+; кроме того, два иона H+ высвобождаются из молекулы H2S. Всего, следовательно, образуется десять ионов водорода:
Левая часть схемы содержит только незаряженные частицы, а суммарный заряд ионов в правой части схемы равен +8. Следовательно, в реакции окисле-ния серы участвуют восемь электронов:
Для данной реакции ионно-электронная схема имеет вид:
Число электронов, отдаваемых восстановителем, всегда равно числу электронов, принимаемых окислителем. Поэтому находят наименьшее общее кратное чисел отданных и присоединенных электронов и дополнительные множители к уравнениям полуреакций: Наименьшее Дополнительные общее кратное множители
Далее суммируют правые и левые части уравнений полуреакций с учетом дополнительных множителей:
В молекулярной форме полученное уравнение имеет следующий вид:
Признаком правильности подбора коэффициентов в уравнении является одинаковое число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения. Пример 3. Составление уравнений реакций внутримолекулярного окисления-восстановления. Составить уравнение реакции термического разложения бихромата аммония по схеме внутримолекулярного окисления-восстановления. Решение К этому виду реакций относят такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в составе одной и той же молекулы. Схема реакции внутримолекулярного окисления-восстановления бихромата аммония следующая:
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в отсутствие воды, применяют метод электронного баланса (МЭБ). Схема электронного баланса реакции:
(восстановитель)
*) В любой схеме (МЭБ или ИЭМ) необходимо учитывать количество атомов элемента, которое уже есть в соединении: N 2 , Cr 2 O 3 и т.п.
По числу атомов водорода в молекуле ( NH 4 )2 Cr 2 O 7 определяют, что при разложении 1 моль бихромата аммония образуется 4 моль воды. В окончательном виде уравнение реакции следующее:
Пример 4. Составление уравнений окислительно-восстановительных реак-ций диспропорционирования. Составить уравнение реакции разложения азотистой кислоты по схеме реакции диспропорционирования. Р ешение Реакция диспропорционирования (или самоокисления-самовосста-новления) заключается в том, что молекулы одного и того же вещества реагируют друг с другом как окислитель и восстановитель, так как в них содержатся атомы элементов с промежуточной степенью окисления, способные как отдавать электроны (ОЧ), так и принимать электроны (ОЧ¯ ). Схема реакции диспропорционирования азотистой кислоты HNO 2 в молекулярном виде следующая:
При составлении уравнений полуреакций исходят из схем:
В ходе процесса окисления необходимо присоединить недостающий атом кислорода, что в кислой среде осуществляется за счет одной молекулы воды с образованием ионов водорода:
В ходе же процесса восстановления необходимо связать избыток одного атома кислорода одним ионом водорода с образованием одной молекулы воды:
Ионно-электронная схема данной реакции будет следующей: Дополнительные множители
А ионно-электронный баланс реакции как результат суммирования полуреакций с учетом дополнительных множителей таков:
Сокращая подобные члены (H2O и H+ - подчеркнуты) в правой и левой частях уравнения, получают окончательный вид:
Таким образом, из каждых трех молекул азотистой кислоты в двух азот (N3+) проявляет окислительные свойства, а в одной – восстановительные. Пример 5. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций с учетом влияния среды на окислительно-восстановительные свойства исходных веществ. Закончить уравнения следующих реакций:
Решение Окислительно-восстановительная реакция а) протекает в щелочной среде, а это значит, что в ионно-электронных схемах кроме молекул и ионов веществ, участвующих в реакции, появляются гидроксид-ионы OH− , создающие щелочную среду, и молекулы воды H2O.
При составлении уравнений полуреакций исходят из схем:
В ходе процесса окисления, как видно, необходимо присоединить два недостающих атома кислорода, что в щелочной среде можно осуществить только за счет четырех гидроксид-ионов с образованием двух молекул воды:
В ходе же процесса восстановления, как видно, гидроксид-ионы, создающие щелочную среду, и молекулы воды участия не принимают. Таким образом, ионно-электронная схема данной реакции будет следующая: Дополнительные множители
Окончательное уравнение реакции:
Окислительно-восстановительная реакция б) протекает в кислой среде, а это значит, что в ионно-электронных схемах кроме молекул и ионов веществ, участвующих в реакции, появляются ионы водорода H+, создающие кислую среду, и молекулы H2O.
При составлении уравнений полуреакций исходят из схем:
Процесс окисления, как видно, не требует участия ионов водорода H+, создающих кислую среду, и молекул воды. А в ходе же процесса восстановления, как видно, необходимо связать два атома кислорода четырьмя ионами водорода с образованием двух молекул воды: Таким образом, ионно-электронная схема данной реакции будет следующая:
Окончательное уравнение реакции:
Пример 6. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций, когда восстановитель одновременно выполняет функцию солеобразова-теля. Составить уравнение реакции взаимодействия соляной кислоты с раствором бихромата калия. Решение Взаимодействие соляной кислоты с бихроматом калия протекает по следующей схеме:
Учитывая вышеизложенное в примерах 1-5, можно следующим образом записать ионно-электронную схему данной реакции:
Таким образом, при окислении каждых шести молей HCl восстанавливается один моль K 2 Cr 2 O 7. Однако, как видно из молекулярного уравнения, соляная кислота HCl − расходуется также и на образование солей: хлорида хрома (III) CrCl 3 1− и хлори-да калия KCl 1− (без изменения степени окисления хлора). В ионно-электронной схеме реакции это, естественно, не находит отражения, но процесс солеобра-зования необходимо учитывать при определении коэффициентов в подобных окислительно-восстановительных реакциях. А именно: по ионно-электронной схеме реакции определяют, что в целом в реакции участвуют 14 молей HCl (по количеству ионов H +). Значит на солеобразование идет 14 – 6 = 8 молей HCl. Следовательно, в данном случае соляная кислота (6 моль HCl) является восста-новителем и солеобразователем (8 моль HCl). В окончательном виде получают следующее уравнение реакции:
Пример 7. Особые случаи составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Составить уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:
Решение а) В реакции горения черного пороха:
восстановителем является углерод:
а окислителей – два: сера и нитрат калия (селитра):
Суммарно процесс восстановления следующий:
Далее используют основные правила метода электронного баланса (МЭБ):
Дополнительные множители
Окончательно молекулярное уравнение принимает вид:
б) В окислительно-восстановительной реакции:
окислителем является азотная кислота:
а восстановителей – два: сера S2− и мышьяк As3+ - два окисляющихся элемента, входящих в состав одной молекулы – сульфида мышьяка (III) As2S3:
а восстановителей – два: сера S 2− и мышьяк As 3+ - два окисляющихся элемента, входящих в состав одной молекулы – сульфида мышьяка (III) As 2 S 3:
Таким образом, при окислении каждых шести молей HCl восстанавливается один моль K 2 Cr 2 O 7. Однако, как видно из молекулярного уравнения, соляная кислота HCl − расходуется также и на образование солей: хлорида хрома (III) CrCl 3 1− и хлорида калия KCl 1− (без изменения степени окисления хлора). В ионно-электронной схеме реакции это, естественно, не находит отражения, но процесс солеобра-зования необходимо учитывать при определении коэффициентов в подобных окислительно-восстановительных реакциях. А именно: по ионно-электронной схеме реакции определяют, что в целом в реакции участвуют 14 молей HCl (по количеству ионов H +). Значит на солеобразование идет 14 – 6 = 8 молей HCl. Следовательно, в данном случае соляная кислота (6 моль HCl) является восста-новителем и солеобразователем (8 моль HCl). В окончательном виде получают следующее уравнение реакции:
Пример 7. Особые случаи составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Составить уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:
Решение а) В реакции горения черного пороха:
восстановителем является углерод:
а окислителей – два: сера и нитрат калия (селитра):
Суммарно процесс восстановления следующий:
Далее используют основные правила метода электронного баланса (МЭБ):
Дополнительные множители
Окончательно молекулярное уравнение принимает вид:
б) В окислительно-восстановительной реакции:
окислителем является азотная кислота:
а восстановителей – два: сера S 2− и мышьяк As 3+ - два окисляющихся элемента, входящих в состав одной молекулы – сульфида мышьяка (III) As2S3:
Суммарно процесс окисления для метода электронного баланса (МЭБ) выглядит так:
Ионно-электронная схема процесса окисления сложнее, так как учитывает влияние кислой среды на молекулу сульфида мышьяка (III):
Источником кислорода, необходимого для протекания этого процесса, служат в кислой среде – молекулы воды: для образования двух молекул H 3 AsO 4 требуется 8 молекул воды, а для образования трех ионов SO 4 2- - еще 12 молекул воды. Поэтому в полуреакции окисления принимают участие 20 молекул воды, причем образуются 34 иона водорода. Таким образом, отношение числа электронов, участвующих в процессах окисления и восстановления, равно 28: 3. Суммируя уравнения полуреакций с учетом дополнительных множителей, получают:
После приведения подобных членов в обеих частях уравнения получают:
или в молекулярной форме:
Задачи для самостоятельного решения 8-1. Какие из приведенных реакций относятся к обменным, а какие – к окислительно-восстановительным. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом ионного (или электронного балланса):
8-3. Какие из перечисленных ионов могут служить восстановителями, а какие не могут и почему: Cu 2+, Sn 2+, Cl − , VO 3 − , S 2− , Fe 2+, WO 4 2− , JO 4 − , Al 3+, Hg 2+, Hg 2 2+? 8-4. Какие из перечисленных веществ и за счет каких элементов проявляют обычно окислительные свойства и какие восстановительные? Указать те из них, которые обладают окислительно-восстановительной двойственностью: H 2 S, SO 2, CO, Zn, F 2, NaNO 2, KMnO 4, HClO, H 3 SbO 3, PbO 2, BaO 2, KH. 8-5. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): Al + HNO3 оч . разб. → NH4NO3 +…+… MnSO4 + NaClO + NaOH → MnO2 + …+… 8.6. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): MnSO4 + PbO2 + H2SO4 → HMnO4 + …+…. Cu + HNO3 конц → NO + …+… 8.7. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): K2MnO4 + HCl конц → MnCl2 + …+… Ag + H2SO4 конц → SO2 + …+… 8.8. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): CuI + H2SO4 конц CuSO4 + H2S + … KMnO4 + K2SO3 + H2O MnO2 + … 8.9. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): H2O2 + KI + H2SO4 → I2+ H2O +… Cu + H2SO4 конц → SO2 + … +… 8.10. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): KMnO4 + FeSO4 + H2O → MnO2 + Fe2(SO4)3 +…. Cl2 + KOH → KCl + KClO3 8-11. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): Zn + HNO3 конц → NO + ….+…. KMnO4 + H2S + H2SO4 → S + MnSO4 +…+… 8-12. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): S + KOH → K2 SO3 + K2S +… MnO2 + KNO2 + H2SO4 → MnSO4 + …+…+… 8-13. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): FeSO4 + H2SO4 + Na2O2 → Fe2(SO4)3 +… Al + NaNO3 + NaOH + H2O → NH3 +… 8-14. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): MnSO4 + KMnO4 +H2O → MnO2 +…+… Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + … 8-15. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): I2 + H2O2 → HIO3 + H2O PbO2 + H2O2 → Pb(OH)2 + O2 8-16. Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронного (или ионного баланса): KClO3 + H2O2 → KCl + O2 + H2O K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + I2 + 8-1 7. Закончить уравнения реакций внутримолекулярного окисления-восстановления. Определить окислитель и восстановитель:
8-1 8. Закончить уравнения реакций самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования): а ) I2 + Ba(OH)2 → Ba(IO3)2 + … б ) K2SO3 → K2S + … в ) HClO → HCl + … г ) P2O3 + H2O → PH3 + … 8-19. Закончить уравнения реакций, обратив внимание на окислительно-восстанови-тельную двойственность элементов, находящихся в промежуточной степени окисления:
8- 20. Закончить уравнения реакций, учитывая, что восстановитель содержит два окисляющихся элемента:
8- 21. Закончить уравнения реакций, в которых окислитель (или восстановитель) одновременно выполняют функции солеобразователя:
8- 22. Закончить уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций с участием азотной кислоты, обратив внимание на концентрацию окислителя и активность металла-восстановителя:
8- 23. Закончить уравнения реакций взаимодействия с азотной кислотой, причем в данном случае концентрированная HNO 3 восстанавливается до NO 2, а разбавленная – до NO:
8- 24. Закончить уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций с участием серной кислоты:
8- 25. Закончить уравнения реакций окисления-восстановления с участием KMnO 4, учитывая при этом, что Mn 7+ (в KMnO 4 ) в кислой среде восстанавливается до Mn 2+, в щелочной – до Mn 6+ (в MnO 4 2- ), в нейтральной – до Mn 4+ (в MnO 2 ):
8-20. Можно ли окислить Mn 2+ до MnO 4 − персульфатом калия K 2 S 2 O 8? 8-21. В какой среде, кислой или щелочной, следует проводить окисление Cr (III) до Cr (VI) и использовать соединения Cr (VI) в качестве окислителя? 8-22. Будет ли Sn вытеснять Mg, Hg, Zn и Ag из растворов их солей? Какие из этих металлов вытесняют олово? 8-23. Окислительная способность ионов H+ выше или ниже окислительной способности ионов Ca 2+, Ni 2+, Sn 2+, Cu 2+, Bi 3+, Ag +? Привести две реакции, в одной из которых газообразный водород H2 являлся бы восстановителем, а в другой – окислителем. 8-24. Можно ли окислить ионами водорода H +: барий и висмут, кальций и серебро, хром и ртуть, олово и медь? 8-25. Могут ли ионы Fe 2+и Cu 2+ окислять газообразный водород? 8-2 6. Никелевые пластинки опущены в водные растворы перечисленных ниже солей. С какими солями никель будет реагировать: MgSO 4, NaCl, CuSO 4, AlCl 3, ZnCl 2, Pb ( NO 3 )2? 8-2 7. Будет ли протекать реакция замещения между металлами и водным раствором электролита:
8-2 8. Будет ли восстанавливаться: а) водород из растворов кислот металлами: Mn, Bi, Hg, Mg, Au; б) магний и цинк из растворов своих солей железом и свинцом? 8- 29. Из ионов Ag +, Sn 2+, Cu 2+, Mg 2+, Li +, Co 2+ составить последовательный ряд по возрастанию их способностей к восстановлению, а из ионов Sn 2+, Pb 2+, Fe 2+, Cr 3+, Ti 2+ - к окислению до ионов с более высоким зарядом. 8-30. Исходя из степени окисления серы в соединениях Н2S, S, SO2, Н2SO4, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Почему? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: 8-31. Расставьте коэффициенты. Определите эквиваленты окислителей и восстановителей: Zn + H2SO4 = S +... Mg + HNO3 = N2O + KI + KMnO 4 + H 2 SO 4 = MnSO 4 +... 8-32. Расставьте коэффициенты. Определите эквиваленты окислителей и восстановителей: FeO + HNO 3 = NO 2 +... Br2 + KNO2 + KOH = KNO3 +... KNO2 + KMnO4 + HCl = MnCl2 + KNO3 + KCl + H2O 8-33 . Расставьте коэффициенты. Определите эквиваленты окислителей и восстановителей: I2 + MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + HIO4 + H2O K2Cr2O7 + HCl = CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O I 2 + Cl2 + H2O = HIO3 + HCl 8-34 .. Расставьте коэффициенты. Определите эквиваленты окислителей и восстановителей: PbO2 + MnSO4 + HNO3 = HMnO4 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O KClO3 + KI + HCl = I2 + KCl + H2O 8.35 . Расставьте коэффициенты. Определите эквиваленты окислителей и восстановителей: KClO3 + CrCl3 + KOH = KCl + K2 С rO4 + H2O I 2 + Cl2 + H2O = HIO3 + HCl |
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 60; Нарушение авторского права страницы
и др.
Na+, K+
Mg2+, Zn2+ , Fe2+
Al3+, Cr3+
и др.
. ОЧH = +1.
.
.
. ОЧS = +4.
, где 
– восстановитель (ОЧS) и
, где 
.
, 
и др.
.
.
.
.
(восстановление), 
(окисление).
8 ´ 4
´ 1
.
.
.
(окисление)*
(восстановление)*
(окислитель)
.
(окисление), 
(восстановление).
.
´ 1
´ 2
.
.
, 
.
(окисление), 
(восстановление).
.
´ 2
´ 3
.
.
.
(окисление), 
(восстановление).
.
.
.
´ 3
´ 1
.
(окисление), 
(восстановление).
´ 3
´ 1
.
.
(восстановление), 
(окисление).
(восстановление).
(окисление).
(окисление).
´ 3
´ 28
.
8-2. На основе электронного строения атомов указать, могут ли быть окислителями: Na 0, Na +, O 2− , J 0, NO 2 − , H − .
