Окислительно-восстановительные реакции

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными. Степень окисления – это условный заряд атомов в молекуле, вычисленный из предположения, что молекула состоит только из ионов. Степень окисления может иметь нулевое, отрицательное и положительное значение, которое обычно указывают над символом элемента: Na₂⁺O^-2, H⁺N⁺⁵O₃^-2, K⁺Cl^-1. Нулевое значение степени окисления имеют атомы в молекулах простых веществ и атомы в электронейтральном состоянии: Cl⁰₂, H⁰₂, O⁰₂, N⁰₂, Al⁰, Ba⁰. Отрицательное значение степени окисления имеют атомы, которые приняли электроны:

Cl⁰ + 1 ® Cl^-; S⁰ + 2 ® S^2-.

Такой процесс называется восстановлением. При этом степень окисления понижается.

Положительное значение степени окисления имеют атомы, отдающие электроны:

Ba⁰ - 2 ® Ba²⁺; Р⁰ - 5 ® Р⁺⁵.

Такой процесс называется окислением. В общем случае степень окисления атома понижается на столько единиц, сколько электронов принимает данный атом:

Mn⁺⁷ + 1 ® Mn⁺⁶; Fe⁺³ + 3 ® Fe⁰; S⁺⁶ + 2 ® S⁺⁴.

При отрыве определенного количества электронов степень окисления повышается на соответствующее число единиц:

S^-2 - 6 ® S⁺⁴; Cl^- - 1 ® Cl⁰; Mn⁺² - 2 ® Mn⁺⁴.

У одноатомных ионов степень окисления равна заряду иона: для иона K⁺ - +1, для иона Ba²⁺ - +2, для иона S^2- - -2 и т.д. Пользуясь этими сведениями, можно вычислять степени окисления атомов в сложных соединениях. При этом следует помнить: алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю.

Пример 1. Вычислите степень окисления фосфора в молекуле Н₃РО₄.

Решение. Обозначив степень окисления фосфора через х –Н₃⁺¹ О₄^-2– и умножив известные нам степени окисления водорода (+1) и кислорода (-2) на число этих атомов в молекуле, составим уравнение

(+1)×3 + х + (-2)×4 = 0.

Отсюда х = +5. Таким образом, степень окисления фосфора равна +5, т.е Н₃Р⁺⁵О₄.

Пример 2. На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

SnO + KMnO₄ + HCl ® SnCl₄ + MnCl₂ + KCl + H₂O.

Укажите окислитель и восстановитель, какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

Решение. 1. Определите, какие атомы в левой и правой частях уравнения меняют степени окисления, подсчитайте и надпишите величины степеней окисления над символом соответствующего атома.

О^-2; х + (-2) = 0; х = +2; Cl^-1₄; х + (-1)×4 = 0; х = +4;

К⁺¹ О₄^-2; +1 + х + (-2)×4 = 0; х = +7;

Cl₂^-1; х + (-1)×2 = 0; х = +2.

Таким образом, степени окисления изменяются у атомов Sn и Mn:

Sn⁺²О + KMn⁺⁷O₄ + HCl ® Sn⁺⁴Cl₄ + Mn⁺²Cl₂ + KCl + H₂O.

2. Составьте электронные уравнения, т.е. схемы изменения зарядов атомов в левой и правой частях:

Sn⁺² - 2 = Sn⁺⁴;

Mn⁺⁷ + 5 = Mn⁺².

3. Принимая во внимание, что число отданных и принятых электронов должно быть одинаковым, найдите дополнительные множители, поменяв их местами, поставьте за вертикальной чертой и укажите восстановитель и окислитель, процессы окисления и восстановления:

восстановитель Sn^+2- 2 = Sn^+4	5 процесс окисления;
окислитель Mn^+7 + 5 = Mn^+2	2 процесс восстановления.

4. Дополнительные множители 5 и 2 и будут коэффициенты, стоящие перед формулами соединений олова и марганца. Их перенесите в общее уравнение:

5Sn⁺²О + 2KMn⁺⁷O₄ + HCl ® 5Sn⁺⁴Cl₄ + 2Mn⁺²Cl₂ + KCl + H₂O.

5. Коэффициенты перед формулами веществ, атомы которых не меняют свою степень окисления, подберите в следующей последовательности: а) коли-чество атомов металлов (здесь – К); б) количество атомов неметаллов (здесь – Cl); в) количество атомов водорода; г) кислорода.

Если процесс доуравнивания проводился верно, то количество всех атомов в правой и левой частях уравнения будет одинаковым.

Выполненное задание имеет вид:

5Sn⁺²О + 2KMn⁺⁷O₄ + 26HCl ® 5Sn⁺⁴+ 2Mn⁺²Cl₂ + 2KCl + 13H₂O.

восстановитель Sn^+2- 2 = Sn^+4	5 процесс окисления
окислитель Mn^+7 + 5 = Mn^+2	2 процесс восстановления.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Обычно различают три типа окислительно-восстановительных реакций.

1. Межмолекулярные. К ним относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах. Рассмотренная в примере 1 реакция относится к этому типу.

2. Внутримолекулярные. В них окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе. В этом случае атом с более положительной степенью окисления окисляет атом с меньшей степенью окисления. Такими реакциями являются реакции термического разложения:

2Na O₃ = 2Na O₂ + O⁰₂

3. Реакции диспропорционирования. Сопровождаются одновременным по-нижением и повышением степени окисления атомов одного итого же элемента:

3Н O₂ = Н O₃ + 2 О + H₂O

N^3+ - 2 = N^5+	1
N^3+ + 1 = N^2+

Вполне очевидно, что в реакции участвуют 3 моль НNO₂; 1 моль является восстановительным, а 2 – окислительным.

221. Составьте электронные уравнения реакций, протекающих по схемам

Fe(ОН)₂ + O₂ + Н₂О ® Fe(ОН)₃;

KJ + BaCrO₄ + HCl ® J₂ + BaCl₂ + CrCl₃ + KCl + H₂O.

Для каждой реакции укажите окислитель, восстановитель. Расставьте коэффици-енты в уравнениях реакций.

222. По схемам реакций определите окислительно-восстановительные реак-ции:

K₂Cr₂O₇ + H₂SO_4(конц) ® CrO₃ + K₂SO₄ + Н₂О;

Pb + S ® PbS;

AsH₃ +KMnO₄ + H₂SO₄ ® H₃AsO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + Н₂О.

Составьте для них электронные уравнения и расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите, какое вещество является окислителем, какое – вос-становителем в каждой из окислительно-восстановительных реакций.

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

S^2- ® S⁴⁺; Р^3- ® Р⁵⁺; Mn⁴⁺ ® Mn²⁺.

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в урав-нении реакции, идущей по схеме

MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ ® HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + Н₂О.

224. Исходя из степени окисления серы в соединениях Н₂S, H₂SO₃, H₂SO₄, 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

BaFeO₄ + HCl ® Cl₂ + BaCl₂ + FeCl₃ + Н₂О.

225. Укажите реакции, в которых азот проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства; в) не изменяет степени окисления:

K₂Cr₂O₇ + NaNO₂ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + NaNO₃ + K₂SO₄ + Н₂О;

KNO₂ + H₂SO₄ + KJ ® NO­ + K₂SO₄ + J₂ + Н₂О;

Mg₃N₂ + Н₂О ® Mg(OH)₂ + NH₃.

Составьте для них электронные уравнения. Укажите окислитель и восстанови-тель. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

226. Какая из приведенных реакций относится к реакциям внутримолеку-лярного окисления-восстановления?

KBrO ® KBrO₃ + KBr;

Pb(NO₃)₂ ® PbO + NO₂ + O₂;

Ca(HCO₃)₂ ® CaCO₃ + CO₂ + Н₂О.

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

227. Найдите окислитель и восстановитель и на основании электронных уравнений подберите коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам

Cr₂O₃ + KOH + KClO₃ ® K₂CrO₄ + KCl + Н₂О;

MnO₂ + K₂CO₃ + KNO₃ ® K₂MnO₄ + KNO₂ + CO₂.

228. Какие реакции относятся к реакциям диспропорционирования:

AgNO₃ ® Ag + NO₂ + O₂;

P + Н₂О ® H₃PO₄ + PH₃;

HClO₃ ® HCl + HClO₄.

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите, какие элементы окис-ляются, какие восстанавливаются.

229. Исходя из степени окисления серы, объясните, какую роль окислителя или восстановителя играет сернистая кислота в реакциях, идущих по схемам

H₂S + H₂SO₃ ® S + Н₂О;

HClO₄ + H₂SO₃ ® HCl + H₂SO₄.

Причину объясните. Подберите коэффициенты, пользуясь электронными уравне-ниями; назовите в обоих случаях окислитель и восстановитель.

230. Исходя из степени окисления марганца, серы и азота в соединениях KMnO₄, H₂S, NH₃, объясните, какое из них проявляет только окислительные свойства; только восстановительные свойства. Почему? Составьте электронные уравнения и подберите коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

KMnO₄ + НNO₂ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + НNO₃ + К₂SO₄ + Н₂О.

Укажите окислитель и восстановитель.

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

Mn⁶⁺ ® Mn²⁺; Cl⁵⁺ ® Cl^-.

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

Cu₂O + НNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + NO + Н₂О.

232. Составьте электронные уравнения для реакций, протекающих по схемам

Fe + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + К₂SO₄ + MnSO₄ + Н₂О;

PbO₂ + HCl ® PbCl₂ + Cl₂ + Н₂О.

Расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель.

233. Исходя из строения атомов элементов, укажите, какие из ионов могут играть роль восстановителей и почему: Ag⁺, Fe²⁺, Cl^-, Al³⁺, S^2-.

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

Р + НNO₃ + Н₂О ® H₃PO₄ +NO.

234. Составьте электронные уравнения процессов окисления и восстанов-ления для реакций, протекающих по схемам

Zn + НNO₃ ® N₂O + Zn(NO₃)₂ + Н₂О;

FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + KCl + Н₂О.

Расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель.

235. Реакции выражаются схемами

Р + НJO₃ + Н₂О ® H₃PO₄ +HJ;

H₂S + Cl₂ + Н₂О ® H₂SO₄ + HCl.

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество окисляется, какое восста-навливается.

236. Составьте электронные уравнения для реакций, протекающих по схе-мам

K₂FeO₄ + NH₄OH ® Fe(OH)₃ + N₂ + KOH;

MnSO₄ + Br₂ + NaOH ® Na₂MnO₄ + NaBr + Na₂SO₄ + Н₂О.

Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Расставьте коэффи-циенты в уравнениях реакций.

237. Укажите реакции, в которых водород проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства; в) не изменяет степени окисления.

Mg + H₂SO₄ ® MgSO₄ + H₂;

Na + H₂ ® NaH;

BaH₂ + Н₂О ® Ba(OH)₂ + H₂;

H₂SO₄ + Zn ® ZnSO₄ + H₂S + Н₂О.

Составьте электронные уравнения. Укажите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

238. Определите, к какому типу окислительно-восстановительных реакций относятся процессы, протекающие по схемам

H₂MnO₄ ® HMnO₄ + MnO₂ + Н₂О;

HClO₄ + H₂SO₃ ® HCl + H₂SO₄;

KClO₃ ® O₂ + KCl.

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, применяя метод электронного баланса. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

239. Какая из приведенных реакций относится к реакциям межмоле-кулярного окисления-восстановления:

NH₄NO₃ ® N₂O + Н₂О;

H₂SbO₃ + K₂Cr₂O₇ + HCl ® H₃SbO₄ + CrCl₃ + KCl + Н₂О;

KClO₃ ® KCl+ KClO₄.

Составьте электронные уравнения. Укажите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, применяя метод электронного баланса.

240. Исходя из положения брома и иода в Периодической системе химичес-ких элементов, объясните, у какого из веществ HJ или HBr сильнее проявляются восстановительные свойства в реакциях, протекающих по схемам

HBr + H₂SO₄ ® Br₂ + SO₂ + Н₂О;

HJ + H₂SO₄ ® J₂ + H₂S + Н₂О.

Методом электронного баланса подберите коэффициенты и укажите окислитель и восстановитель.

Дата добавления: 2015-01-03