4.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Пример 4.1. Определить
степень окисления хрома в молекуле К2Cr2O7
и ионе (СrО2)−.
Под степенью окисления (с.о.) понимают заряд элемента
в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение
состоит из ионов.
Степень окисления элемента в простом веществе, например, в Zn, Сa, H2,
Br2, S, O2, равна нулю.
Определение степени окисления элемента в соединении проводят, используя
следующие положения:
1. Cтепень окисления кислорода в соединениях обычно равна –2.
Исключения составляют пероксиды H2+1O2–1, Na2+1O2–1 и фторид кислорода О+2F2.
2. Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1, за
исключением солеобразных гидридов, например, Na+1H-1.
3. Постоянную степень окисления имеют металлы IА группы (щелочные
металлы) (+1); IIА группы (бериллий, магний и щелочноземельные металлы) (+2);
фтор (–1).
4. Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в нейтральной
молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.
Решение. Чтобы
рассчитать степень окисления элемента в молекуле, следует:
1) поставить степень окисления над теми элементами, для которых она
известна, а искомую степень окисления обозначить через х. В нашем
примере известна степень окисления калия (+1) и кислорода (-2):
К2+1Сr2хO7–2;
2) умножить индексы при элементах на их степени окисления и составить
алгебраическое уравнение, приравняв правую часть к нулю:
К2+1Сr2х
O7–2; 2(+1)+ 2x + 7 (–2) = 0; x = + 6.
Степень окисления элемента в ионе определяют также, только правую часть
уравнения приравнивают к заряду иона:
(СrхО2−2)−; x + 2 (–2)
= –1; x = + 3.
Пример 4.2. Исходя из
степени окисления азота в соединениях NH3, KNO2,
KNO3, определить, 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 степени окисления азота равны: –3 (низшая), +3 (промежуточная), +5
(высшая). Следовательно, N-3H3 – только восстановитель,
KN+3O2 – и окислитель и восстановитель, KN+5O3
– только окислитель.
Пример 4.3. Могут ли
происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) HBr и H2S;
б) MnO2 и HCl; в) MnO2 и NaBiO3?
Решение. а) 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 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 4.4. Составить уравнение
окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме
KMnO4 + KNO2 + H2SO4 → MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O.
Определить окислитель и
восстановитель. На основании электронных уравнений расставить 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:
N+3 – 2ē → N+5 5 окисление
10
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 следующий вид:
2KMnO4 + 5KNO2
+ 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4
+ 3H2O.
Пример 4.5. Составить 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 + KOH.
В каждой реакции
определить окислитель и восстановитель, расставить коэффициенты, указать тип
каждой реакции.
Решение. Составляем уравнения реакций:
4Mg0 +
10HN+5O3
= 4Mg+2(NO3)2 +N−3H4NO3 +3H2O (1)
в-ль ок-ль, среда
Mg0 – 2ē →
Mg+2 4
окисление
N+5 + 8ē → N–3 1
восстановление;
2KCl+5O3-2 = 2KCl–1 + 3O20 (2)
ок-ль в-ль
2O–2 – 4ē → O20 3 окисление
Cl+5 + 6ē → Cl–1 2
восстановление;
3K2Mn+6O4 + 2H2O = 2KMn+7O4 +
Mn+4O2
+ 4КОН (3)
в-ль,
ок-ль
Mn+6 –1ē →Mn+7 2
окисление
Mn+6 + 2ē → Mn+4 1
восстановление.
Как видно из представленных уравнений, в реакции (1) окислитель и
восстановитель – разные элементы в молекулах двух разных веществ, значит,
данная реакция относится к типу межмолекулярных окислительно-восстановительных
реакций. В реакции (2) окислитель (хлор) и восстановитель (кислород) содержатся
в одной молекуле, следовательно, реакция внутримолекулярная. В реакции (3) роль
окислителя и восстановителя выполняет один и тот же элемент − марганец, значит,
это реакция диспропорционирования.
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
4.1. а). Исходя из степени окисления серы в
веществах S, H2S, Na2SO3, H2SO4,
определить, какое из них является только окислителем, только восстановителем и
какие могут быть и окислителем, и восстановителем. Ответ обосновать.
б). На основании
электронных уравнений подобрать коэффициенты в уравнении реакции, идущей по
схеме: NaI + NaIO3+ H2SO4
→ I2+ Na2SO4 +
H2O.
Определить тип
окислительно-восстановительной реакции.
4.2. Реакции выражаются схемами:
Zn + HNO3 (разб)
→ Zn(NO3)2 +
N2O + H2O;
SnCl2 + K2Cr2O7 + H2SO4 S→ n(SO4)2 + CrCl3 + K2SO4 + H2O.
Составить электронные
уравнения, подобрать коэффициенты, указать, какое вещество в каждой реакции
является окислителем, какое восстановителем.
4.3. а). Составить электронные уравнения и указать,
какой процесс (окисление или восстановление) происходит при следующих
превращениях:
P–3 → P+5; N+3 → N–3; Cl– → (ClO3)–; (SO4)2− → S–2.
б). Реакция выражается схемой
KMnO4 + H2S + H2SO4 → MnSO4 + S + K2SO4 + H2O.
Определить окислитель и восстановитель, на сновании
электронных уравнений расставить коэффициенты в уравнении реакции.
4.4. а). Могут ли протекать
окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) Cl2 и
H2S; б) KBr и KBrO; в) HI и NH3? Ответ
обосновать.
б). На основании
электронных уравнений подобрать коэффициенты, определить тип
окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме
NaCrO2 + PbO2 + NaOH → Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O.
4.5. а). Возможные степени окисления железа в
соединениях +2, +3, +6. Определить, какое из веществ может быть только
восстановителем, только окислителем и какое – и окислителем и восстановителем:
FeSO4, Fe2O3, K2FeO4. Ответ обосновать.
б). На основании
электронных уравнений подобрать коэффициенты для веществ в уравнении реакции,
идущей по схеме
CrCl3 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + NaCl +
H2O.
4.6. а). Составить электронные уравнения и указать,
какой процесс (окисление или восстановление) происходит при следующих
превращениях:
As+3 → As+5; (CrO4)2– → (CrO2)–; (MnO4)– → (MnO4)2–; Si+4 Si0.
б). На основании
электронных уравнений расставить коэффициенты в реакции, идущей по схеме H2S
+ H2SO3 S + H2O.
4.7. Реакции выражаются схемами:
NaNO3 →
NaNO2 + O2;
MnSO4 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + K2SO4 + H2O.
Составить электронные
уравнения, расставить коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в
каждой реакции. К какому типу относится каждая из приведенных реакций?
4.8. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
KBr + KBrO3 +
H2SO4 → Br2 + K2SO4 +
H2O;
NH4NO3 →
N2O + H2O.
4.9. . Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
H2S + K2Cr2O7 +
H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 +
K2SO4 + H2 O;
NaBrO → NaBrO3 +
NaBr.
4.10. а). Исходя из степени окисления хлора
определить и дать мотивированный ответ, какое из соединений Cl2,
HCl, HClO4 является только окислителем, только восстановителем и
какое из них может иметь функцию и окислителя, и восстановителя.
б). На основании электронных
уравнений расставить коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме HNO3 +
Bi → NO + Bi(NO3)3
+ H2O.
4.11. . Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
H3AsO3 +
KMnO4 + H2SO4→ H3AsO4 +
MnSO4 + K2SO4 + H2O;
AgNO3 → Ag + NO2 + O2.
4.12. а). Могут ли происходить
окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) H2S и Br2;
б) HI и HIO3; в) KMnO4 и K2Cr2O7?
Ответ обосновать.
б). На основании
электронных уравнений расставить коэффициенты в уравнении реакции, идущей по
схеме
a)
H2O2 + KMnO4
+ H2SO4 → H2S2- + Br20
= 2HBr- + S0.
б) H2O2 + KMnO4 + H2SO4
= O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
4.13. а). Составить электронные уравнения и
указать, какой процесс (окисление или восстановление) происходит при следующих
превращениях:
(BrO4)– → Br2; Bi →
(BiO3)–; (VO3)– →V;
Si–4 →
Si+4.
б). На основании
электронных уравнений подобрать коэффициенты в уравнении реакции, идущей по
схеме
Al + KMnO4 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
4.14. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
Na2SO3 +
Na2S + H2SO4 →
S + Na2SO4 +
H2O;
KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2.
4.15. а). Могут ли идти окислительно-восстановительные
реакции между следующими веществами: а) PbO2 и KBiO3;
б) Н2S и Н2SO3; в) H2SO3 и HClO4?
Ответ обосновать.
б). На основании
электронных уравнений расставить коэффициенты в уравнении реакции, идущей по
схеме S + KOH → K2SO3
+ K2S + H2O.
Определить тип
окислительно-восстановительной реакции.
4.16. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O;
P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO.
4.17. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
Ba(OH)2 + I2 → Ba(IO3)2 + BaI2 + H2O;
MnSO4 + PbO2 + HNO3 →
HMnO4 +
Составить электронные уравнения, расставить коэффициенты, определить окислитель
и восстановитель в каждой реакции. К какому типу относится каждая из
приведенных реакций?
Pb(NO3)2 +
PbSO4 + H2O.
4.18. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
AgNO3 + H2O2 + KOH → Ag + O2 + KNO3 + H2O;
Ni(NO3)2 → NiO + NO2 + O2.
4.19. На основании электронных уравнений расставить
коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам
HNO2 → HNO3 + NO + H2O;
Cr2O3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + KCl + H2O.
Указать окислитель и
восстановитель в каждой реакции, определить ее тип.
4.20. Составить электронные уравнения, расставить
коэффициенты, определить окислитель и восстановитель в каждой реакции. К какому
типу относится каждая из приведенных реакций?
Si + O2 + NaOH → Na2SiO3 + H2O;
NH4NO2
→
N2
+
H2O.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.