Короткі теоретичні відомості. При вивченні цього розділу курсу необхідно добре розуміти основні поняття

При вивченні цього розділу курсу необхідно добре розуміти основні поняття. Так, окисник – це атом, що приймає електрони у процесі реакції. При цьому ступінь окиснення його зменшується і він відновлюється, перетворюючись у продукт відновлення. Наприклад,

.

Відновник – це атом, що віддає електрони в процесі реакції. Ступінь окиснення атома при цьому збільшується і атом окислюється, перетворюючись у продукт окиснення. Наприклад,

.

Атоми хімічних елементів, що знаходяться у максимальному ступені окиснення, можуть бути тільки окисниками:

….

Атоми хімічних елементів, що знаходяться у мінімальному ступені окиснення, можуть бути тільки відновниками:

, , , , , ,….

Атоми елементів, що знаходяться у проміжному ступені окиснення, в залежності від умов можуть грати дві ролі – як окисника, так і відновника:

, , , ,.…

Коефіцієнти у рівняннях окисно-відновних реакцій проставляють на основі методу електронного балансу: кількість відданих і прийнятих електронів у процесі реакції має бути однаковою.

Приклад. Розрахуйте ступені окиснення елементів у реакції

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ ® S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

Знайдіть атоми окисника та відновника у формулах відповідних речовин. На основі методу електронного балансу розставте коефіцієнти у цій реакції.

Розв’язання. 1. Визначаємо ступені окиснення всіх елементів у рівнянні. Незмінні значення ступеня окиснення мають Гідроген (), Оксиген (), Калій (). Заряд сульфат-аніона SO дорівнює -2. Ступінь окиснення Сульфуру в H₂SO₄ та її солях - Cr₂(SO₄)₃ і K₂SO₄ - дорівнює +6 і не змінюється у ході реакції. Відзначимо, що ступінь окиснення елемента у простій речовині дорівнює нулю. У наведеному прикладі це − у правій частині рівняння. Розраховуємо ступінь окиснення Хрому та Сульфуру у вихідних речовинах і продуктах реакції, знаючи, що сума ступенів окиснення всіх елементів у молекулі дорівнює нулю:

Для K₂Cr₂O₇: Для Cr₂(SO₄)₃:

2(+1) + 2 х + 7(-2) = 0 2 х + 3(-2) = 0

х = +6; тобто Cr⁺⁶ x = +3; тобто Cr⁺³

Для S: Для H₂S:

x = 0; тобто S⁰ 2(+1) + х = 0;

х = -2; тобто S^-2.

2. Записуємо елементи, що змінюють ступені окиснення внаслідок перебігу реакції, а також напівреакції окиснення та відновлення:

S^-2 - 2 е = S⁰; ´3;

2Cr⁺⁶ + 6 е = 2Cr⁺³; ´1.

Таким чином, S^-2 - відновник, і він окиснюється; Cr⁺⁶ - окисник, і він відновлюється. Взагалі, електронні напівреакції окиснення та відновлення необхідні при розставленні коефіцієнтів методом електронного балансу.

3. Для того, щоб кількості відданих та прийнятих електронів були рівними, множимо першу напівреакцію на 3, а другу – на 1 (див. пункт 2). Це основні коефіцієнти, які ставимо у рівняння перед вихідними речовинами (1K₂ Cr ₂O₇ і 3H₂ S) та продуктами реакції (1 Cr ₂(SO₄)₃ і 3 S).

4. Зрівнюємо кількості катіонів металів (Калію) у відповідних речовинах: 1 K ₂Cr₂O₇ зліва і 1 K ₂SO₄ справа (одиницю зазвичай не пишуть).

5. Зрівнюємо кількості аніонів кислотних залишків (сульфат-іонів): у правій частині маємо чотири іони SO , тому перед Н₂SO₄ зліва також ставимо 4.

6. У передостанню чергу зрівнюємо кількості катіонів Гідрогену: в лівій частині рівняння маємо 14Н⁺ (3H₂S і 4Н₂SO₄), тому в правій частині перед H₂O ставимо 7.

7. В останню чергу перераховуємо кількості атомів Оксигену. В обох частинах рівняння їх по 23. Рівність кількостей цих атомів (їх спеціально не зрівнювали) означає, що коефіцієнти розставлено вірно:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄ = 3S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O.

Якщо у хімічні реакції вступають метали, вони завжди є відновниками і окислюються. Атомом-окисником у реакціях з водою, розчинами лугів і кислотами-неокисниками (HCl, H₂SO_4(розв.), H₃PO₄, CH₃COOH тощо) виступає катіон Гідрогену Н⁺:

Ме⁰ - ze = Me ^{z +}

2Н⁺ + 2 e = H₂­.

Продукт відновлення у цьому випадку - газоподібний водень, продукти окиснення – гідроксиди металів, гідроксокомплекси або солі металів. При реакціях металів з водними розчинами кислот-окисників, таких, як H₂SO_4(конц.), НNO_3(конц.), НNO_3(розв.), потрібно пам’ятати, що атомами-окисниками у цих випадках виступають атоми кислотоутворюючих елементів - та Продуктами окиснення виступають зазвичай солі металів. Склад продуктів відновлення залежить від активності металів (див. ряд стандартних електродних потенціалів металів, додаток, табл.4). Так, дуже активні метали (Li – Mg) відновлюють концентровану сульфатну кислоту до Н₂S; активні (Ве – Cr) – до S; малоактивні (Fe – Hg) – до SO₂. Подібним чином діє розведена нітратна кислота. Відповідними продуктами відновлення HNO_3(розв.) будуть: NН₃ (точніше NH₄NO₃) або N₂ (для Li – Mg); N₂O (для Ве – Cr); NO (для Fe – Hg). Концентрована нітратна кислота незалежно від активності металу відновлюється з утворенням NO₂.

Задачі

а). Визначивши ступені окиснення елементів, укажіть окисник і відновник. Методом електронного балансу розставте коефіцієнти в окисно-відновній реакції.

б). Напишіть рівняння взаємодії наведених в умові металів з водою та водними розчинами кислот, лугів, солей. Розставте коефіцієнти методом електронного балансу.

1. а) KMnO₄ + SnCl₂ + HCl ® MnCl₂ + SnCl₄ + KCl + H₂O

б) Mg, Cu з H₂SO_{4 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)}

2. а) KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄ ® MnSO₄ + S + K₂SO₄ + H₂O

б) Hg, Al з NaOH, HNO_{3 (розв.)}

3. а) K₂Cr₂O₇ + HI + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + I₂ + H₂O

б) Zn, Fe з H₂SO_{4 (розв.)}, HNO_{3 (розв.)}

4. а) Na₃[Cr(OH)₆] + H₂O₂ Na₂CrO₄ + H₂O + NaOH

б) Ag, Ca з H₂SO_{4 (конц.)}, HNO_{3 (конц.)}

5. а) KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O ® MnO₂ + Na₂SO₄ + KOH

б) Be, Cd з FeSO₄, KOH, HNO_{3 (розв.)}

6. а) K₂Cr₂O₇ + Zn + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + ZnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

б) Ba, Ni з H₂O (t°), H₂SO_{4 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)} (t°)

7. а) KMnO₄ + KI + H₂SO₄ ® MnSO₄ + I₂ + K₂SO₄ + H₂O

б) Pb, Cr з NaOH, HNO_{3 (розв.)}

8. а) Na₂CrO₄ + Na₂S + H₂O ® Na[Cr(OH)₄(H₂O)₂] + S + NaOH

б) Hg, Ca з H₂SO_{4 (конц.)}, HNO_{3 (конц.)}

9. а) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

б) Al, Co з HCl, HNO_{3 (розв.)}

10. а) KMnO₄ + KBr + H₂SO₄ ® MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

б) Mg, Sn з Ni(NO₃)₂, H₂SO_{4 (конц.)}, NaOH

11. а) KMnO₄ + NH₃ + KOH ® K₂MnO₄ + KNO₃ + H₂O

б) Mn, Cu з H₂SO_{4 (розв.)}, HNO_{3 (розв.)}

12. а) KMnO₄ + FeCl₂ + HCl ® MnCl₂ + FeCl₃ + KCl + H₂O

б) K, Ti з H₂O, H₂SO_{4 (конц.)}, HNO_{3 (розв.)}

13. а) K₂Cr₂O₇ + HCl ® CrCl₃ + Cl₂ + KCl + H₂O

б) Ag, Zn з CuSO₄, H₂SO_{4 (конц.)}, KOH

14. а) KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

б) Sn, Be з HNO_{3 (конц.)}, HNO_{3 (розв.)}

15. а) KMnO₄ + NaNO₂ + H₂O ® MnO₂ + NaNO₃ + KOH

б) Fe, Ca з H₂O (t°), H₂SO_{4 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)} (t°)

16. а) K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl ® CrCl₃ + SnCl₄ + KCl + H₂O

б) Cu, Al з KOH, H₂SO_{4 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)} (t°)

17. а) KI + KNO₂ + H₂SO₄ ® I₂ + N₂ + K₂SO₄ + H₂O

б) Mn, Hg з HNO_{3 (конц.)}, HNO_{3 (розв.)}

18. а) KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + O₂ +K₂SO₄ + H₂O

б) Pb, Ba з CdSO₄, HCl, HNO_{3 (розв.)}

19. а) CrCl₃ + Br₂ + KOH ® K₂CrO₄ + KBr + KCl + H₂O

б) Na, Co з H₂O, HCl _(конц.), H₂SO_{4 (конц.)} (t°)

20. а) NaBrO₃ + NaBr + H₂SO₄ ® Br₂ + Na₂SO₄ + H₂O

б) Cr, Ni з Co(NO₃)₂, KOH, HNO_{3 (розв.)}

21. а) KClO₃ + FeSO₄ + H₂SO₄ ® KCl + Fe₂(SO₄)₃ + H₂O

б) Ca, Sn з ZnSO₄, KOH, HNO_{3 (розв.)}

22. а) KClO₄ + Al + H₂SO₄ ® KCl + Al₂(SO₄)₃ + H₂O

б) Fe, Be з NaOH, HNO_{3 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)} (t°)

23. а) AsH₃ + AgNO₃ + H₂O ® H₃AsO₄ + Ag + HNO₃

б) Pb, Zn з H₂SO_{4 (конц.)}, HNO_{3 (конц.)}, CoSO₄

24. а) (NH₄)₂SO₄ + HNO₃ ® N₂ + H₂SO₄ + H₂O

б) Mg, Ag з CuCl₂, H₂SO_{4 (розв.)}, HNO_{3 (розв.)}

25. а) MnO₂ + KClO₃ + KOH ® K₂MnO₄ + KCl + H₂O

б) Ni, Cr з KOH, H₂SO_{4 (розв.)}, H₂SO_{4 (конц.)}

Дата добавления: 2015-05-24