Окислительно-восстановительных процессах

1. Определите,какие свойства (окислительные, восстановительные, те и другие) могут проявлять в химических реакциях данные вещества: NH₃, HNO₃, H₂SO₃, SO₃, MnO₂, KMnO₄, CrCl₃, K₂Cr₂O₇.

Решение. Определяем вначале степени окисления элементов в предложенных соединениях, используя принципы, изложенные в теоретической части. Получим:

N^-3H₃⁺¹; H⁺¹N⁺⁵O₃^-2; H₂⁺¹S⁺⁴O₃^-2; S⁺⁶O₃^-2; Mn⁺⁴O₂^-2; K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2; Cr⁺³Cl^-1; K₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^-2.

Как видим, степени окисления равны:

- азота в аммиаке n_N= -3 (низшая), в азотной кислоте n_N = +5 (высшая);

- серы в сернистой кислоте n_S = +4 (промежуточная), в оксиде серы n_S = +6 (высшая);

- марганца в оксиде марганца n_Mn = +4 (промежуточная), в калия перманганате n_Mn = +7 (высшая);

- хрома в хрома хлориде n_Cr = +3 (низшая), в калия бихромате n_Cr = +6 (высшая).

На основании этих данных делаем выводы: только восстановительные свойства проявляют аммиак NH₃ и хрома (3) хлорид CrCl₃; только окислительные свойства проявляют азотная кислота HNO₃, триоксид серы SO₃, калия перманганат KMnO₄ и калия бихромат K₂Cr₂O₇; могут выступать в роли и окислителей и восстановителей сернистая кислота H₂SO₃ и диоксид марганца MnO₂.

Ответ: NH₃, CrCl₃ – восстановители; HNO₃, SO₃, KMnO₄, K₂Cr₂O₇ – окислители; H₂SO₃, MnO₂ – окислители и восстановители.

2. Исходя из степени окисления (n) азота, марганца, йода, хлора и селена в приведенных соединениях, определите, могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: а) N₂ и HClO₄; б) HNO₂ и HI; в) HClО и H₂SeО₃.

Решение. а). Степень окисления азота в его молекуле n_N = 0 (промежуточная), степень окисления хлора в хлорной кислоте n_Cl = +7 (высшая). Значит, вещества могут взаимодействовать между собой, при этом N₂ будет восстановителем, а HСlO₄ – окислителем;

б). Степень окисления азота в азотистой кислоте n_N = +3 (промежуточная), степень окисления йода в йодоводородной кислоте n_I = -1 (низшая). Значит, вещества могут взаимодействовать между собой, при этом HI будет восстановителем, а HNO₂ – окислителем;

в). Степень окисления хлора в хлорноватистой кислоте n_Cl = +1 (промежуточная), степень окисления селена в селенистой кислоте n_Se = +4 (промежуточная). Значит, вещества могут взаимодействовать между собой, при этом HClO будет окислителем, а H₂SeO₃ – восстановителем, так как φ⁰_HClO>φ⁰_H2SeO3 (см. Таблицу №1 Приложения).

Ответ: каждая из трех пар веществ является реакционноспособной.

3. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях: а) As^-3 → As⁺⁵; б) N⁺³ → N^-3; в) La⁰ → La³⁺.

Решение: а) степень окисления мышьяка повысилась от -3 до +5, значит, произошел процесс отдачи электронов атомом (процесс окисления); количество отданных электронов определяется по разности алгебраических величин степени окисления элемента до и после реакции: -3 – (+5) = -8. Теперь запишем электронное уравнение этого процесса: As^-3 – 8ē = As⁺⁵;

б) степень окисления азота понизилась от +3 до -3, значит, произошел процесс присоединения электронов (процесс восстановления); количество принятых электронов также определяем по разности алгебраических величин степени окисления элемента до и после реакции: +3 – (-3) = +6. Электронное уравнение имеет вид: N⁺³ + 6ē = N^-3;

в) степень окисления лантана повысилась от 0 до +3, следовательно, произошел процесс окисления, количество отданных электронов равно 0 – 3 = -3, и тогда уравнение имеет вид: La⁰ - 3ē = La³⁺.

Примечание: в одноатомных ионах знак заряда иона пишется после цифровой величины; при указании степени окисления элемента в соединении знак заряда обозначается перед цифровой величиной степени окисления.

Ответ: а) As^-3 – 8ē = As⁺⁵ окисление; б) N⁺³ + 6ē = N^-3 восстановление;

в) La - 3ē = La³⁺ окисление.

4. Окислительно- восстановительная реакция выражается схемой:

P + HBrO₃ + H₂O → H₃PO₄ + HBr.

Определите вещество-окислитель и вещество-восстановитель в этой реакции, составьте схемы процессов окисления и восстановления. Установите электронный баланс.

Решение. Определяем степени окисления всех атомов в веществах и выбираем (подчеркиванием) те атомы, которые изменили свою степень окисления:

P⁰ + H⁺¹ Br⁺⁵ O₃^-2 + H₂⁺¹O^-2 → H₃⁺¹ P⁺⁵ O₄^-2 + H⁺¹ Br^-1.

Анализ показывает, что фосфор повысил степень окисления от 0 до +5, следовательно, он отдал во время реакции 5 электронов (0 – (+5) = -5), т.е. окислился, сам при этом выступив в роли восстановителя. Этот процесс записывается следующей схемой:

восстановитель (сокращенно вос-ль) P⁰ - 5ē = Р⁺⁵ окисление (сокращенно ок-ние).

Бром понизил степень окисления от +5 до -1, следовательно, он присоединил во время реакции 6 электронов (+5 - (-1) = +6), т.е. восстановился, сам при этом являясь окислителем. Запишем и этот процесс в виде схемы:

ок-ль Br⁺⁵ + 6ē = Br^- в-ние.

Поскольку процессы окисления и восстановления протекают одновременно, то

между ними устанавливается электронный баланс. Наименьшим общим кратным для чисел 5 и 6 является число 30 и тогда балансирующим коэффициентом для первой реакции является число 6, а для второй – 5. Суммируем уравнения, умножая их на найденные коэффициенты. Записывается это следующим образом:

вос-ль P⁰ - 5ē = Р⁺⁵ок-ние -5 30 6

ок-ль Br⁺⁵ + 6ē = Br^- вос-ние +6 5

6Р⁰ + 5Br⁺⁵ = 6P⁺⁵ + 5Br^-

Найденные коэффициенты перенесем в схему основного уравнения и установим баланс атомов кислорода и водорода через молекулы воды, получив уравнение окислительно-восстановительного процесса:

6P + 5HBrO₃ + 9H₂O = 6H₃PO₄ +5HBr.

Ответ: HBrO₃ – окислитель, Р – восстановитель.

Пример 2. Методы составления и уравнивания окислительно-

Дата добавления: 2015-07-11