Окислительно-восстановительные реакции.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Окислительно-восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ вследствие перехода электронов от одних ионов к другим.

Степень окисления (С.О.) - это тот условный заряд атома в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов.

Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю. Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе - заряду иона.

Степень окисления кислорода равна -2, за исключением перокси-дов, где С.О. = -1, надпероксидов (С.О. = -½ ), озонидов (С.О. = -1/3) и OF₂ (C.O.= +2);

Для водорода С.О. = +1, за исключением солеобразных гидридов, например LiH, где С.О. = -1; для щелочных металлов С.О. = +1.

Большинство элементов могут проявлять переменную степень окисления в соединениях. В качестве примера рассчитаем степень окисления серы в соединениях К₂SО₃ и H₂SО₄. Степень окисления водорода и щелочных металлов в соединениях равна +1, а кислорода -2. Соответственно степень окисления серы равна:

К₂SО₃ 2 ∙ (+1) + х + 3 ∙ (-2) = 0; х = +4

H₂SО₄ 2 ∙ (+l) + x + 4 ∙ (-2) = 0; x = +6

Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями, а сам процесс отдачи электронов - окислением.

Атомы, молекулы или ионы, принимающие электроны, называются окислителями, а сам процесс присоединения электронов - восстановлением.

Соединения, в состав которых входят атомы элементов в своей высшей степени окисления, могут только восстанавливаться, выступая в качестве окислителей, например: , , , .

Соединения, содержащие элементы в низшей степени окисления, выступают в качестве восстановителей и могут только окисляться, например: , .

Вещества, содержащие элементы в промежуточной степени окисления, способны проявлять как окислительные свойства (при взаимодействии с более сильными восстановителями), так и восстановительные свойства (при взаимодействии с более сильными окислителями), например: , , , и др.

Пример 1.

Исходя из степени окисления серы и азота в соединениях Н₂SО₄, Н₂SО₃, H₂S, NН₃, НNО₃, НNО₂, определить, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение:

Рассчитаем степень окисления серы и азота в данных соединениях.

H₂SО₄ 2 ∙ (+1) + х + 4 ∙ (-2) = 0; х = + 6

Н₂SО₃ 2 ∙ (+1) + х + 3 ∙ (-2) = 0; х = + 4

H₂S 2 ∙ (+1) + x = 0; х = -2

NH₃ х + 3 ∙ (+1) = 0; х = -3

НNО₃ 1 ∙ (+1) + х + 2 ∙ (-2) = 0; х = +3

HNO₂ 1 ∙ (+1) + х + 3 ∙ (-2) = 0; х = +5

, – только окислитель (сера и азот находятся в своей высшей степени окисления);

, – только восстановитель (сера и азот находятся в своей низшей степени окисления);

, – и окислитель, и восстановитель (промежуточная степень окисления).

Пример 2.

Реакция выражается схемой:

Р + НNО₃ + H₂O → Н₃РО₄ + NО

Составьте электронно-ионные уравнения. Рассчитайте коэффициенты в уравнении реакции укажите какое вещество является окислителем, какое - восстановителем, какое вещество окисляется, какое - восстанавливается.

Решение:

1. Определим степени окисления элементов

+ + Н₂О → +

В данном уравнении меняется степень окисления у фосфора (от 0 до +5) и у азота (от +5 до +2).

2. Составим уравнение электронного баланса.

– 5ē →			Процесс окисления, - восстановитель
+ 3ē →		Процесс восстановления, - окислитель

Суммарное число электронов, отданное восстановителем, должно быть равно суммарному числу электронов, принятого окислителем.

В данной реакции отдано пять электронов, а принято три. Чтобы иметь баланс отданных и принятых электронов, необходимо поставить множитель 3 для процесса окисления и 5 для процесса восстановления. Ставим соответствующие коэффициенты при окислителе и восстановителе и продуктах их превращения. Затем расставляем коэффициенты для атомов остальных элементов на основании закона сохранения массы: число одноименных ионов в правой и левой частях уравнения должно быть одинаковым. В итоге уравнение будет иметь следующий вид:

3Р + 5НNО₃ + 2H₂O → 3Н₃РО₄ + 5NО

Пример 3.

Составьте уравнение реакции взаимодействия меди с разбавленной азотной кислотой. Расставьте коэффициенты в данном уравнении методом электронного баланса.

Решение:

Схема реакции имеет вид:

+ _(разб.) → + + Н₂О

Составим уравнение электронного баланса:

– 2ē →			Процесс окисления, - восстановитель
+ 3ē →		Процесс восстановления, - окислитель

Расставляем коэффициенты в уравнении реакции:

3Cu + 8НNО₃ = 3Сu(NО₃)₂ + 2NO + 4Н₂О

В данной реакции следует учесть также число молекул азотной кислоты (6), израсходованное на связывание ионов металла. Поэтому в уравнении реакции перед НNО₃ стоит коэффициент 8 (2+6).

Пример 4.

Могут ли протекать окислительно-восстановительные реакции между веществами:

а) НNО₃ и Н₂S; б) НNО₃ и H₂SO₃; в)НNО₃ и Н₂SО₄

Решение:

Определяем степень окисления серы и азота в соединениях:

НNО₃ 1 ∙ (+1) + х + 2 ∙ (-2) = 0; х = +3

H₂S 2 ∙ (+1) + x = 0; х = -2

Н₂SО₃ 2 ∙ (+1) + х + 3 ∙ (-2) = 0; х = + 4

H₂SО₄ 2 ∙ (+1) + х + 4 ∙ (-2) = 0; х = + 6

– только окислитель (+5 - высшая степень окисления азота);

– только окислитель (+6 - высшая степень окисления серы);

– только восстановитель (-2 - низшая степень окисления серы);

– может быть и окислителем и восстановителем (+4 - промежуточная степень окисления серы).

Таким образом, реакция возможна для случая а) и б) и не возможна для в).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

241. Реакции протекают по схемам:

а) КМnО₄ + KNO₂ + КОН → К₂МnО₄ + КNО₃ + H₂O

б) SO₂ + Вr₂ + H₂O → НВr + H₂SО₄

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

242. Реакции протекают по схемам:

а) H₂S + Сl₂ + Н₂О → HCl + H₂SО₄

б) KMnО₄ + Н₃РО₃ + H₂SО₄ → MnSО₄ + К₂SО₄ + Н₃РО₄ + H₂O

243. Реакции протекают по схемам:

а) КмnО₄ + К₂SО₃ + Н₂О → MnO₂↓ + K₂SO₄ + КОН

б) Н₂SО₃ + H₂S → S + H₂O

244. Реакции протекают по схемам:

а) Сu + НNО_{3 (конц.)} → Сu(NО₃)₂ + NO₂ + Н₂О

б) FeCl₃ + H₂S → FeCl₂ + S + НСl

245. Реакции протекают по схемам:

а) KI + Cu(NO₃)₂ + CuI + I₂ + KNO₃

б) MnS + НNО_{3 (конц.)} → MnSO₄ + NО₂ + H₂O

246. Реакции протекают по схемам:

а) NH₃ + SO₂ → N₂ + S + Н₂О

б) H₂S + Н₂О₂ → H₂SО₄ + H₂O

247. Реакции протекают по схемам:

а) Сu + Н₂SО₄ → СuSО₄ +SО₃ + Н₂О

б) Zn + КNО₃ + КОН → K₂ZnO₂ + KNO₂ + H₂O

Составьте электронно-ионные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое - восстановителем, какое вещество окисляется, какое - восстанавливается.

248. Реакции протекают по схемам:

а) FеСl₃ + H₂S → FeCl₂ + S + НСl

б) Сl₂ + КОН → КСl + КсlО₂ + Н₂О

249. Реакции протекают по схемам:

а) Аl + V₂O₅ → Аl₂О₃ + V

б) Zn + НNО_{3 (конц.)} → Zn(NО₃)₂ + NО₂ + H₂O

250. Реакции протекают по схемам:

а) Н₂SО₃ + I₂ + Н₂О → Н₂SО₄ + H₂

б) Hg + НNО_{3 (разб.)} → Hg(NО₃)₂ + NO + H₂O

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

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

Н₃РО₃ + КМnО₄ + H₂SО₄ → Н₃РО₄ + MnSО₄ + K₂SО₄ + Н₂О

252. Исходя из степени окисления азота в соединениях HNО₃, HNO₂, NО, N₂, NH₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем, а какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении, идущей по схеме:

MnS + HNО₃_(конц.) → MnSО₄ + NO₂ + Н₂О

253. Составьте электронно-ионные уравнения и укажите, какой процесс - окисления или восстановления может происходить при следующих превращениях: → ; → 2 ; → . На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

МnО₃ + КВr + H₂SО₄ → MnSО₄ + K₂SO₄ + Вr₂ + Н₂О

254. Составьте электронно-ионные уравнения и укажите, какой процесс - окисления или восстановления может происходить при следующих превращениях: → ; → ; → . На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

H₃AsО₃ + Н₂SО₄ + КМnО₄ → Н₃АsО₄ + MnSО₄ + К₂SО₄ + Н₂О

255. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами НNО₃ и Н₂SО₃ Почему? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

КСlО₃ + СrСl₃ + КОН → К₂СrО₄ + КСl + Н₂О

256. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами РН₃ и NН₄OH. Почему? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

КМnО₄ + HI + H₂SО₄ → MnSО₄ + K₂SО₄ + I₂ + Н₂О

257. Реакции протекают по схемам:

а) Н₂S + НNО₃ → S + NO₂ + Н₂О

б) S + HNO₃ → Н₂SО₄ + NO₂ + Н₂О

258. Реакции протекают по схемам:

а) НВr + H₂SО₄ → S + NO₂ + H₂O

б) К₂Сr₂О₇ + H₂SО₄ + SО₂ → K₂SО₄ + Сr₂(SО₄)₃ + Н₂О

259. Реакции протекают по схемам:

а) I₂ + HАsO₂ + H₂O → Н₂SО₄ + HI

б) КСlО₄ + Br₂ + КОН → K₂CrО₄ + КВr + Н₂О

260. Реакции протекают по схемам:

а) НВr + МnО₂ + H₂SО₄ → Вr₂ + MnSО₄ + К₂SО₄ + Н₂О

б) КСl + КМnО₄ + H₂SO₄ → Cl₂ + MnSО₄ + К₂SО₄ + Н₂О

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Комплексным соединениям принадлежит особое место в биохимии клетки, так как именно они образуют активные центры ферментов и других биологически активных соединений.

Комплексными соединениями называются вещества, в узлах кристаллической решетки которых находятся сложные частицы, построенные за счет координации одним ионом электронейтральных молекул или противоположно заряженных ионов, и способные к самостоятельному существованию как в кристаллическом, так и в растворенном состоянии.

В молекуле комплексного соединения различают внутреннюю координационную сферу, состоящую из центральной частицы - комплек-сообразователя и координированных (расположенных вокруг комплек-сообразователя) лигандов, и внешнюю координационную сферу. При написании формул комплексных соединений внутреннюю координационную сферу заключают в квадратные скобки.

К₃	[Fе(СN)₆]		[Сu(NН₃)₄]	Сl₂

Внешняя сфера	Внутренняя сфера		Внутренняя сфера	Внешняя сфера

Fe³⁺ - комплексообразователь		Сu²⁺ - комплексообразователь
СN^– - лиганды		NН₃ - лиганды

Число лигандов, координированных вокруг комплексообразователя называют координационным числом (к.ч.) В рассмотренных примерах:

К₃[Fе(СN)₆] к.ч. = 4

[Сu(NН₃)₄]Сl₂ к.ч. = 6

Комплексообразователями чаще всего являются ионы d- элементов: Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺, Pt²⁺ и т.д.

Лигандами могут быть ионы: ОН^–, CN^–, Сl^–, Вr^–, I^–, NO₂^– или полярные молекулы: Н₂О, NН₃.

Заряд комплексного иона равен заряду ионов внешней сферы, взятому с противоположным знаком. Или заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов всех ионов внутренней сферы. Например, [Сu(NН₃)₄] заряд равен +2 + 0 = +2, а для комплексного иона [Fе(СN)₆] заряд равен +3 - 6 = -3 (заряд иона CN^– равен -1).

Так как ионы внешней сферы связаны с комплексным ионом силами электростатического притяжения, то комплексные соединения дис-социируют в растворах на комплексный ион и ионы внешней сферы:

[Сu(NН₃)₄]Сl₂ = [Сu(NН₃)₄]²⁺ + 2Сl^–

К₃[Fе(СN)₆] = 3К⁺ + [Fе(СN)₆]^3–

Комплексные ионы - достаточно прочные, поэтому в растворе они диссоциируют незначительно:

К₄[Fе(СN)₆] = 4К⁺ + [Fе(СN)₆]^4–

диссоциирует как сильный электролит

[Fе(СN)₆]^4– = Fе²⁺ + 6СN^–

диссоциирует как слабый электролит

Диссоциация комплексного иона характеризуется константой равновесия, называемой константой нестойкости комплексного иона:

К_нест. =

Константа нестойкости комплексного иона характеризует его устойчивость (прочность): чем меньше константа нестойкости, тем устойчивее комплексный ион.

Двойные соли в отличие от истинных комплексных соединений характеризуются большими значениями К_нест. и в водных растворах диссоциируют на все составляющие ионы:

KAl(SО₄)₂ = К⁺ + Al³⁺ + 2SО₄^2–

Пример 1.

Определите степень окисления и координационное число комплексообразователя, а также заряд комплексного иона в соединении [Сr(NН₃)₆]Сl₃. Напишите уравнения диссоциации его в водном растворе и выражение для константы нестойкости.

Решение:

Диссоциация комплексного соединения:

[Сr(NН₃)₆]Сl₃ = [Сr(NН₃)₆]³⁺ + 3Сl^–

Заряд комплексного иона равен 3+. Так как лиганды - молекулы NН₃ (не заряжены), то степень окисления комплексообразователя хрома равна тоже 3+. Координационное число равно 6.

Диссоциация комплексного иона:

[Сr(NН₃)₆]³⁺ = Сr³⁺ + 6NН₃

К_нест. =

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

261. Составьте формулы комплексных соединений кобальта, если координационное число Со³⁺ равно 6:

1) Co(NO₂)₃ · 3KNO₂;

2) СоСl₃ · 6NН₃;

3) Со(NО₃)₃ · 3КNО₂ · 2NН₃.

Напишите уравнения их диссоциации в растворе и выражения для констант нестойкости.

262. Определите величину заряда комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях: [Ni(NН₃)₆]Сl₃; Na₂[Zn(OH)₄]; К₃[Fе(СN)₆]. Напишите уравнения их диссоциации в растворе и выражения для констант нестойкости.

263. Определите величину заряда комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях: [Сr(Н₂О)₆]Сl₃; [Сr(Н₂О)₃Сl₃]; [Сr(Н₂О)₄Сl₂]Сl. Напишите уравнения их диссоциации в растворе и выражения для констант нестойкости.

264. Из раствора комплексной соли PtCl₄ · 6NН₃ нитрат серебра осаждает весь хлор в виде хлорида серебра, а из раствора соли PtCl₄ · 3NН₃ - только ¼ часть входящего в ее состав хлора. Напишите формулы комплексных солей, их диссоциацию и определите координационное число Pt.

265. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения обменных реакций проходящих между:

1) K₄Fe(CN)₆] и CuSО₄;

2) Na₃[Co(CN)₆] и FeSО₄;

3) К₃[Fе(СN)₆] и AgNO₃,

имея в виду, что образующие комплексные соли нерастворимы в воде.

266. Химические названия желтой и красной кровяной соли: гекса-циано-(II) феррат калия и гексациано-(III) феррат калия. Напишите формулы этих солей, уравнения их диссоциации и выражения констант нестойкости.

267. Составьте химические формулы следующих соединений, если коодинационное число Сr³⁺ равно 6:

1) СrСl₃ · 3Н₂О;

2) СrСl₃ · Н₂О · 2КСl;

3) СrСl₃ · 2Н₂О · КСl.

Напишите уравнения их диссоциации и выражения для констант нестойкости.

268. Из сочетания частиц: Сr³⁺, Сl^–, Н₂О и NН₃ можно составить семь формул комплексных соединений, одна из которых [Сr(NН₃)₆]Сl₃. Приведите формулы шести комплексных соединений и напишите уравнения их диссоциации. Координационное число Сr³⁺ равно 6.

269. Гидроксиды хрома (III) и цинка растворяются в избытке щелочи. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, уравнения диссоциации полученных комплексных соединений и выражение константы нестойкости.

270. Напишите формулы комплексных соединений кадмия, если лигандами являются:

1) молекула аммиака;

2) ионы CN^–, а координационное число кадмия равно 6.

Напишите уравнения диссоциации комплексных солей.

271. Определите координационное число и заряд комплексных ионов:

1) [Сr(NН₃)₄Сl₂];

2) [Pd(Н₂O)(NH₃)₂Cl]

если комплексообразователями являются Сr³⁺ и Pd²⁺. Приведите формулы комплексных соединений, содержащих эти ионы, и напишите уравнения их диссоциации.

272. Определите степень окисления комплексообразователя в следующих комплексных ионах:

1) [PdI₄]^2–;

2) [Cu(NH₃)₂(NО₂)₄]^2–;

3) [Сr(Н₂О)₄Вr₂]⁺.

Приведите формулы соединений, содержащих эти комплексные ионы, напишите уравнения их диссоциации и выражения констант нестойкости.

273. Определите степень окисления и координационное число комплексообразователя и заряд комплексного иона в соединениях:

1) [Co(NH₃)₄(NO₂)₂],

2) [Cr(NH₃)₅Сl]SO₄;

3) [Сr(Н₂О)₄Вr₂]Вr.

Напишите уравнения их диссоциации и выражения для констант нестойкости.

274. Напишите формулы всех комплексных соединений двухвалентной платины, если координационное число ее равно 4, а в качестве лигандов взяты ионы хлора и молекулы аммиака. Напишите уравнения диссоциации этих комплексных соединений.

275. Координационное число кобальта (III) равно 6. Напишите формулы комплексных соединений и их диссоциацию в растворе:

1) СоВr₃ · 4NH₃ · 2Н₂О;

2) СоСl₃ · 4NН₃;

3) СоСl₃ · 4NH₃ · Н₂О

276. Как будет меняться заряд комплексного иона при постоянном замещении молекул NН₃ ионами NО₂^– соли [Сr(NН₃)₆]Сl₃. Напишите формулы получающихся комплексных соединений и их диссоциацию.

277. Определить заряд комплексных ионов, образуемых Сr³⁺:

1) [Сr(Н₂О)₅Сl],

2) [Сr(Н₂О)₃Сl₃];

3) [Сr(Н₂О)₄Сl₂].

Напишите выраженияих констант нестойкости.

278. Напишите выражения для констант нестойкости комплексных ионов:

1) [Аg(NН₃)₂]⁺;

2) [Ag(CN)₂]^–;

3) [AlFe]^3–.

Определите степень окисления и координационное число ком-плексообразователей.

279. Константа нестойкости комплексных ионов равны

1) [Co(CN)₄]^2– = 8 · 10^–20;

2) [Hg(CN)₄]^2– = 4 · 10^–41;

3) [Сd(СN)₄]^2– = 1, 4 · 10^–17

В каком растворе, содержащем эти ионы при равной молярной концентрации ионов CN^– больше? Напишите выражения для констант нестойкости.

280. Константа нестойкости комплексных ионов равны

1) [Ag(CN)₂]^– = 1 · 10^–21;

2) [Аg(NН₃)₂]⁺ = 6, 8 · 10^–8;

3) [Ag(CNS)₂]^– = 2 · 10^–11

В каком растворе, содержащем эти комплексные ионы, при равной молярной концентрации больше ионов Ag⁺ Приведите формулы молекул комплексных соединений, в которые входят данные комплексные ионы.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 1217; Нарушение авторского права страницы