Окислительно-восстановительные реакции

Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными. Под степенью окисления (с.о.) понимают заряд элемента в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Определение степени окисления проводят, используя следующие положения:

1. Степень окисления элемента в простом веществе, например, в Zn, Сa, H₂, Вг₂, S, O₂ равна нулю.

2. Cтепень окисления кислорода в соединениях обычно равна –2. Исключения составляют пероксиды H₂⁺¹O₂^–1, Na₂⁺¹O₂^–1 и фторид кислорода О⁺²F₂.

3. Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1, за исключением солеобразных гидридов, например, Na⁺¹H^-1.

4. Постоянную степень окисления имеют щелочные металлы (+1); щелочнозе- мельные металлы, бериллий и магний (+2); фтор (–1).

5. Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.

В качестве примера рассчитаем с.о. марганца в соединении К₂MnO₄ и хрома в анионе Cr₂O₇^2-

К₂⁺¹ Mn^х O₄ ^–2 2(+1)+ x + 4 (–2) = 0 x = + 6

(Cr₂^х O₇^–2 )^2– 2x + 7 (–2) = –2 x = + 6

Любую окислительно-восстановительную реакцию можно разделить на две полуреакции: окисление и восстановление, например

Ca⁰ + Cl₂⁰ = Ca⁺² Cl₂^–1

восстановитель Ca⁰ –2ē → Ca⁺² окисление

окислитель Cl₂ ⁰ +2ē → 2Cl^– восстановление

Окисление – процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления элемента. Восстановление – процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления элемента. Окисление и восстановление – взаимосвязанные процессы, протекающие одновременно. Окислителями называют вещества (атомы, молекулы или ионы), которые в процессе реакции присоединяют электроны, восстановителями – вещества, отдающие электроны.

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярный, внутримолекулярный и диспропорционирования. В межмолекулярных реакциях окислитель и восстановитель содержатся в разных молекулах. В случае внутримолекулярных реакций окислитель и восстановитель находятся внутри одной молекулы. В реакциях диспропорционирования один и тот же элемент является окислителем и восстановителем, т.е. сам себя окисляет и восстанавливает, находясь при этом в составе одной молекулы.

 

Примеры решения задач

Пример 7.1. Исходя из степени окисления азота в соединениях NH₃, KNO₂, KNO₃, определите, какое из них может быть только восстановителем, только окислителем и какое из них может проявлять и окислительные и восстановительные свойства?

Решение. Возможные степени окисления азота: –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. В указанных соединениях с.о. азота равны: –3 (низшая), +3 (промежуточная), +5 (высшая). Следовательно, NH₃ – только восстановитель, KNO₂ – и окислитель и восстановитель, KNO₃ – только окислитель.

Пример 7.2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) HBr и H₂S; б) MnO₂ и HCl; в) MnO₂ и NaBiO₃?

Решение. а) Степень окисления в HBr с.о. (Br) = –1 (низшая); в H₂S с.о. (S) = –2 (низшая). Так как бром и сера находятся в низшей степени окисления, то они могут проявлять только восстановительные свойства и реакция между ними невозможна; б) в MnO₂ с.о. (Mn) = +4 (промежуточная); в HCl с.о. (Cl) = –1 (низшая). Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем MnO₂ является окислителем; в) в MnO₂ с.о. (Mn) = +4 (промежуточная); в NaBiO₃ с.о. (Bi) = +5 (высшая). Взятые вещества могут взаимодействовать. MnO₂ в этом случае будет восстановителем.

Пример 7.3. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

KMnO₄+ KNO₂+H₂SO₄ ® MnSO₄+ KNO₃ +K₂SO₄+H₂O

Определите окислитель и восстановитель. На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты.

Решение. Определяем степени окисления тех элементов, которые ее изменяют:

KMn⁺⁷O₄+ KN⁺³O₂+H₂SO₄ ® Mn⁺²SO₄+ KN⁺⁵O₃ +K₂SO₄+H₂O

Составляем электронные уравнения процессов окисления и восстановления, определяем окислитель и восстановитель:

восстановитель N⁺³ – 2ē → N⁺⁵ 5 окисление

| 10 |

окислитель Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺² 2 восстановление

 

Уравниваем реакцию методом электронного баланса, суть которого заключается в том, что общее число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем. Находим общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов. В приведенной реакции оно равно 10. 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. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не меняют свои степени окисления, находим подбором.

Уравнение реакции будет иметь вид:

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5KNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

Пример 7.4. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, идущих по схемам:

а) Mg + HNO₃ (разб.) ® Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

б) KClO₃ ® KCl + O₂

в) К₂MnO₄ + H₂О ® КMnO₄ + MnO₂ + КOН

В каждой реакции определите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты, укажите тип каждой реакции.

Решение. Составляем уравнения реакций:

а) 4Mg^o + 10HN⁺⁵O₃ = 4Mg⁺² (NO₃)₂ +N ^-3H₄NO₃ +3H₂O

восстановитель Mg⁰ – 2ē → Mg⁺² 4 окисление

½ 8 ½

окислитель N⁺⁵ + 8ē → N^–3 1 восстановление

 

б) 2KCl⁺⁵O₃^–2 = 2KCl^–1 + 3O₂^o

восстановитель 2O^–2 – 4ē → O₂⁰ 3 окисление

½ 12 ½

окислитель Cl⁺⁵ + 6ē → Cl^–1 2 восстановление

 

в) 3K₂Mn⁺⁶O₄ + 2H₂O = 2KMn⁺⁷O₄ + Mn⁺⁴O₂ + 4КОН

восстановитель Mn⁺⁶ –1ē → Mn⁺⁷ 2 окисление

½ 2 ½

окислитель Mn⁺⁶ + 2ē → Mn⁺⁴ 1 восстановление

 

Как видно из представленных уравнений в реакции (а) окислитель и восстановитель – разные элементы в молекулах двух разных веществ, значит, данная реакция относится к типу межмолекулярных окислительно-восстановительных реакций. В реакции (б) окислитель – хлор и восстановитель – кислород содержатся в одной молекуле – реакция внутримолекулярная. В реакции (в) роль окислителя и восстановителя выполняет марганец, следовательно, это реакция диспропорционирования.

 

Контрольные вопросы

121. Исходя из степени окисления серы в веществах: S, H₂S, Na₂SO₃, H₂SO₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какие могут быть и окислителем и восстановителем. Почему?

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

KI + KIO₃+ H₂SO₄ ® I₂+ K₂SO₄ + H₂O

Определите тип окислительно-восстановительной реакции.

122. Реакции выражаются схемами:

Zn + HNO₃ (разб) ® Zn(NO₃)₂ + N₂O + H₂O

SnCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Sn (SO₄) ₂ + CrCl₃ + K₂SO₄ + H₂O

Составьте электронные уравнения, подберите коэффициенты, укажите, какое вещество в каждой реакции является окислителем, какое восcтановителем.

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

P^–3 ® P⁺⁵; N⁺³ ® N^–3; Cl^– ® ClO₃^–; SO₄^2– ® S^–2

Реакция выражается схемой:

KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄ ® MnSO₄ + S +K₂SO₄ + H₂O

Определите окислитель и восстановитель, на сновании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

124. Могут ли протекать окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) Cl₂ и H₂S; б) KBr и KBrO; в) HI и NH₃? Почему?

На основании электронных уравнений подберите коэффициенты, определите тип окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH ® Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂ + H₂O

125. Исходя из степени окисления железа, определите, какое из веществ может быть только восстановителем, только окислителем и какое – и окислителем и восстановителем: FeSO₄, Fe₂O₃, K₂FeO₄. Почему?

На основании электронных уравнений подберите коэффициенты для веществ в уравнении реакции, идущей по схеме:

CrCl₃ + Br₂ + NaOH ® Na₂CrO₄ + NaBr + NaCl + H₂O

126. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисле-

ние или восстановление происходит при следующих превращениях:

As⁺³ ® As⁺⁵; CrO₄^2– ® CrO₂^–; MnO₄^– ® MnO₄^2–; Si⁺⁴ ® Si⁰

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

H₂S + H₂SO₃ ® S + H₂O

127. Реакции выражаются схемами:

KNO₂ + KI + H₂ SO₄ ® KNO₃ + I₂+ K₂SO₄ + H₂ O

NaNO₃ ® NaNO ₂ + O₂

Составьте электронные уравнения, расставьте коэффициенты, определите окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому типу относится каждая из приведенных реакций?

128. См. условие задания 127.

KBr + KBrO₃+ H₂SO₄ ® Br₂ + K₂ SO₄ + H₂O

NH₄NO₃ ® N₂O + H₂O

129. См. условие задания 127.

H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂ O

NaBrO ® NaBrO₃ + NaBr

130. Исходя из степени окисления хлора, определите, какое из соедине- ний: Cl₂, HCl, HClO₄ – только окислитель, только восстановитель и какое из них может иметь функцию и окислителя и восстановителя. Почему?

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

HNO₃+ Bi ® NO + Bi(NO₃)₃ + H₂O

131. См. условие задания 127.

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄® H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

AgNO₃ ® Ag + NO₂ + O₂

132. Mогут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) H₂S и Br₂ ; б) HI и HIO₃; в) KMnO₄ и K₂Cr₂O₇? Почему?

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

H₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® O₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

133. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисле-ние или восстановление происходит при следующих превращениях:

BrO₄^– ® Br₂; Bi ® BiO₃^–; VO₃^–®V; Si ^–4 ® Si ⁺⁴.

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

Al + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Al₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

134. См. условие задания 127.

Na₂SO₃ + Na₂S + H₂SO₄ ® S + Na₂SO₄ + H₂O

KMnO₄ ® K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

135. Могут ли идти окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами а) PbO₂ и KBiO₃; б) Н₂S и Н₂SO₃; в) H₂SO₃ и HClO₄? Почему?

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

S + KOH ® K₂SO₃ + K₂S + H₂O

Определите тип окислительно-восстановительной реакции.

136. См. условие задания 127.

(NH₄)₂Cr₂O₇ ® N₂ + Cr₂O₃ + H₂O

P + HNO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + NO

137. См. условие задания 127.

Ba(OH)₂ + I₂ ® Ba(IO₃)₂ + BaI₂ + H₂ O

MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ ® HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O

138. См. условие задания 127.

MnSO₄ + KClO₃ + KOH ® K₂MnO₄ + KCl + K₂SO₄ + H₂O

Ni(NO₃)₂ ® NiO + NO₂ + O₂

139. На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

HNO₂ ® HNO₃ + NO + H₂O

Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH ® K₂CrO₄ + KCl + H₂O

Укажите окислитель и восстановитель в каждой реакции, определите ее тип.

140. См. условие задания 139.

Si + O₂ + NaOH ® Na₂SiO₃ + H₂O

NH₄NO₂ ® N₂ + H₂O

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АКСИОМЫ СТАТИКИ. СВЯЗИ И ИХ РЕАКЦИИ. ТРЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ
2. Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза
3. Джил, Кумбс. Типы аллергических реакции (резюме)
4. Зависимость скорости реакции от температуры
5. Иммуноморфологические реакции при болезнях и вакцинациях.
6. Ионно-молекулярные реакции обмена
7. Исследуем автоматические реакции
8. Качественные реакции обнаружения алкалоидов
9. Концепция эффективной реакции на запросы потребителей (ECR)
10. Механизм реакции электрофильного замещения
11. Механизмы реакции полимеризации
12. Обмен веществ и энергии в клетке. Фотосинтез, хемосинтез. Процесс ассимиляции (основные реакции).