Окислительно-восстановительные реакции. Сложим два уравнения

Окислительно-восстановительные реакции, или сокращенно ОВР, являются одной из основ предмета химии, так как описывают взаимодействие отдельных химических элементов друг с другом. Как следует из названия данных реакций, в них участвуют как минимум два различных химических вещества одно из которых выступает в качестве окислителя, а другое – восстановителя. Очевидно, что очень важно уметь отличать и определять их в различных химических реакциях.

Как определить окислитель и восстановитель
Основная сложность в определении окислителя и восстановителя в химических реакциях заключается в том, что одни и те же вещества в разных случаях могут быть как окислителями, так и восстановителями. Чтобы научиться правильно определять роль конкретного химического элемента в реакции нужно четко уяснить следующие базовые понятия.

1. Окислением называют процесс отдачи электронов с внешнего электронного слоя химического элемента. В свою очередь окислителем будет атом, молекула или ион, которые принимают электроны и тем самым понижают степень своего окисления, что есть восстанавливаются . После химической реакции взаимодействия с другим веществом окислитель всегда приобретает положительный заряд.
2. Восстановлением называют процесс присоединения электронов на внешний электронный слой химического элемента. Восстановителем будет атом, молекула или ион, которые отдают свои электроны и тем самым повышают степень своего окисления, то есть окисляются . После химической реакции взаимодействия с другим веществом восстановитель всегда приобретает положительный заряд.
3. Проще говоря окислитель – это вещество, которое «отбирает» электроны, а восстановитель – вещество, которое отдает их окислителю. Определить кто в окислительно-восстановительной реакции выполняет роль окислителя, кто восстановителя и в каких случаях окислитель становится восстановителем и наоборот можно, зная типичное поведение в химических реакциях отдельных элементов.
4. Типичными восстановителями являются металлы и водород: Fe, K, Ca, Cu, Mg, Na, Zn, H). Чем меньше они ионизироаны, тем больше их восстановительные свойства. Например, частично окислившееся железо, отдавшее один электрон и имеющее заряд +1, сможет отдать на один электрон меньше по сравнению с «чистым» железом. Также восстановителями могут быть соединения химических элементов в низшей степени окисления, у которых заполнены все свободные орбитали и которые могут только отдавать электроны, например аммиак NH 3 , сероводород H 2 S, бромоводород HBr, йодоводород HI, хлороводород HCl.
5. Типичными окислителями являются многие неметаллы (F, Cl, I, O, Br). Также окислителями могут выступать металлы, имеющие высокую степень окисления (Fe +3 , Sn +4 , Mn +4), также некоторые соединения элементов в высокой степени окисления: перманганат калия KMnO 4 , серная кислота Н 2 SO 4 , азотная кислота HNO 3 , оксид меди CuO, хлорид железа FeCl 3 .
6. Химические соединения в неполных или промежуточных степенях окисления, например одноосновная азотная кислота HNO 2 , пероксид водорода H 2 O 2 , сернистая кислота H 2 SO 3 могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от окислительно-восстановительных свойств участвующего во взаимодействии второго реагента.

Определим окислитель и восстановитель на примере простой реакции взаимодействия взаимодействия натрия с кислородом.

Ка следует из данного примера один атом натрия отдает одному атому кислорода свой электрон. Следовательно, натрий является восстановителем, а кислород окислителем. При этом натрий окислится полностью, так как отдаст максимально возможное количество электронов, а атом кислорода будет восстановлен не полностью, так как сможет принять еще один электрон от другого атома кислорода.

Окислители — это частицы (атомы, молекулы или ионы), которые принимают электроны в ходе химической реакции. При этом степень окисления окислителя понижается . Окислители при этом восстанавливаются .

Восстановители — это частицы (атомы, молекулы или ионы), которые отдают электроны в ходе химической реакции. При этом степень окисления восстановителя повышается . Восстановители при этом окисляются .

Химические вещества можно разделить на типичные окислители , типичные восстановители , и вещества, которые могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства . Некоторые вещества практически не проявляют окислительно-восстановительную активность.

К типичным окислителям относят:

• простые вещества-неметаллы с наиболее сильными окислительными свойствами (фтор F 2 , кислород O 2 , хлор Cl 2);
• ионы металлов или неметаллов с высокими положительными (как правило, высшими) степенями окисления : кислоты (HN +5 O 3 , HCl +7 O 4), соли (KN +5 O 3 , KMn +7 O 4), оксиды (S +6 O 3 , Cr +6 O 3)
• соединения, содержащие некоторые катионы металлов , имеющих высокие степени окисления : Pb 4+ , Fe 3+ , Au 3+ и др.

Типичные восстановители – это, как правило:

• простые вещества-металлы (восстановительные способности металлов определяются рядом электрохимической активности);
• сложные вещества, в составе которых есть атомы или ионы неметаллов с отрицательной (как правило, низшей) степенью окисления : бинарные водородные соединения (H 2 S, HBr), соли бескислородных кислот (K 2 S, NaI);
• некоторые соединения, содержащие катионы с минимальной положительной степенью окисления (Sn 2+ , Fe 2+ , Cr 2+), которые, отдавая электроны, могут повышать свою степень окисления ;
• соединения, содержащие сложные ионы, состоящие из неметаллов с промежуточной положительной степенью окисления (S +4 O 3) 2– , (НР +3 O 3) 2– , в которых элементы могут, отдавая электроны, повышать свою положительную степень окисления .

Большинство остальных веществ может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства .

Типичные окислители и восстановители приведены в таблице.

В лабораторной практике наиболее часто используются следующие окислители :

перманганат калия (KMnO 4);

дихромат калия (K 2 Cr 2 O 7);

азотная кислота (HNO 3);

концентрированная серная кислота (H 2 SO 4);

пероксид водорода (H 2 O 2);

оксиды марганца (IV) и свинца (IV) (MnO 2 , PbO 2);

расплавленный нитрат калия (KNO 3) и расплавы некоторых других нитратов.

К восстановителям , которые применяются в лабораторной практике относятся:

• магний (Mg), алюминий (Al), цинк (Zn) и другие активные металлы;
• водород (Н 2) и углерод (С);
• иодид калия (KI);
• сульфид натрия (Na 2 S) и сероводород (H 2 S);
• сульфит натрия (Na 2 SO 3);
• хлорид олова (SnCl 2).

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции обычно разделяют на четыре типа: межмолекулярные, внутримолекулярные, реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления), и реакции контрдиспропорционирования .

Межмолекулярные реакции протекают с изменением степени окисления разных элементов из разных реагентов . При этом образуются разные продукты окисления и восстановления .

2Al 0 + Fe +3 2 O 3 → Al +3 2 O 3 + 2Fe 0 ,

C 0 + 4HN +5 O 3(конц) = C +4 O 2 + 4N +4 O 2 + 2H 2 O.

Внутримолекулярные реакции – это такие реакции, в которых разные элементы из одного реагента переходят в разные продукты, например :

(N -3 H 4) 2 Cr +6 2 O 7 → N 2 0 + Cr +3 2 O 3 + 4 H 2 O,

2 NaN +5 O -2 3 → 2 NaN +3 O 2 + O 0 2 .

Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) – это такие реакции, в которых окислитель и восстановитель – один и тот же элемент одного реагента, который при этом переходит в разные продукты :

3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H 2 O,

Репропорционирование (конпропорционирование, контрдиспропорционирование ) – это реакции, в которых окислитель и восстановитель – это один и тот же элемент , которыйиз разных реагентов переходит в один продукт . Реакция, обратная диспропорционированию.

2H 2 S -2 + S +4 O 2 = 3S + 2H 2 O

Основные правила составления окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции сопровождаются процессами окисления и восстановления:

Окисление — это процесс отдачи электронов восстановителем.

Восстановление — это процесс присоединения электронов окислителем.

Окислитель восстанавливается , а восстановитель окисляется .

В окислительно-восстановительных реакциях соблюдается электронный баланс : количество электронов, которые отдает восстановитель, равно количеству электронов, которые получает окислитель. Если баланс составлен неверно, составить сложные ОВР у вас не получится.

Используется несколько методов составления окислительно-восстановительных реакций (ОВР): метод электронного баланса, метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций) и другие.

Рассмотрим подробно метод электронного баланса .

«Опознать» ОВР довольно легко — достаточно расставить степени окисления во всех соединениях и определить, что атомы меняют степень окисления:

K + 2 S -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0

Выписываем отдельно атомы элементов, меняющих степень окисления, в состоянии ДО реакции и ПОСЛЕ реакции.

Степень окисления меняют атомы марганца и серы:

S -2 -2e = S 0

Mn +7 + 1e = Mn +6

Марганец поглощает 1 электрон, сера отдает 2 электрона. При этом необходимо, чтобы соблюдался электронный баланс . Следовательно, необходимо удвоить число атомов марганца, а число атомов серы оставить без изменения. Балансовые коэффициенты указываем и перед реагентами, и перед продуктами!

Схема составления уравнений ОВР методом электронного баланса:

Внимание! В реакции может быть несколько окислителей или восстановителей. Баланс необходимо составить так, чтобы ОБЩЕЕ число отданных и полученных электронов было одинаковым.

Общие закономерности протекания окислительно-восстановительных реакций

Продукты окислительно-восстановительных реакций зачастую зависят от условий проведения процесса . Рассмотрим основные факторы, влияющие на протекание окислительно-восстановительных реакций .

Самый очевидный фактор, определяющий — среда раствора реакции — . Как правило (но не обязательно), вещество, определяющее среду, указано среди реагентов. Возможны такие варианты:

• окислительная активность усиливается в более кислой среде и окислитель восстанавливается глубже (например, перманганат калия, KMnO 4 , где Mn +7 в кислой среде восстанавливается до Mn +2 , а в щелочной — до Mn +6);
• окислительная активность усиливается в более щелочной среде , и окислитель восстанавливается глубже (например, нитрат калия KNO 3 , где N +5 при взаимодействии с восстановителем в щелочной среде восстанавливается до N -3);
• либо окислитель практически не подвержен изменениям среды.

Среда протекания реакции позволяет определить состав и форму существования остальных продуктов ОВР. Основной принцип — продукты образуются такие, которые не взаимодействуют с реагентами!

Обратите внимание! Е сли среда раствора кислая, то среди продуктов реакции не могут присутствовать основания и основные оксиды, т.к. они взаимодействуют с кислотой. И, наоборот, в щелочной среде исключено образование кислоты и кислотного оксида. Это одна из наиболее частых, и наиболее грубых ошибок.

Также на направление протекания ОВР влияет природа реагирующих веществ. Например , при взаимодействии азотной кислоты HNO 3 с восстановителями наблюдается закономерность — чем больше активность восстановителя, тем больше восстановливается азот N +5 .

При увеличении температуры большинство ОВР, как правило, проходят более интенсивно и более глубоко.

В гетерогенных реакциях на состав продуктов зачастую влияет степень измельчения твердого вещества . Например, порошковый цинк с азотной кислотой образует одни продукты, а гранулированный — совершенно другие. Чем больше степень измельчения реагента, тем больше его активность, как правило.

Рассмотрим наиболее типичные лабораторные окислители.

Основные схемы окислительно-восстановительных реакций

Схема восстановления перманганатов

В составе перманганатов есть мощный окислитель — марганец в степени окисления +7. Соли марганца +7 окрашивают раствор в фиолетовый цвет.

Перманганаты, в зависимости от среды реакционного раствора, восстанавливаются по-разному.

В кислой среде восстановление происходит более глубоко, до Mn 2+ . Оксид марганца в степени окисления +2 проявляет основные свойства, поэтому в кислой среде образуется соль. Соли марганца +2 бесцветны . В нейтральном растворе марганец восстанавливается до степени окисления +4 , с образованием амфотерного оксида MnO 2 — коричневого осадка, нерастворимого в кислотах и щелочах. В щелочной среде марганец восстанавливается минимально — до ближайшей степени окисления +6 . Соединения марганца +6 проявляют кислотные свойства, в щелочной среде образуют соли — манганаты . Манганаты придают раствору зеленую окраску .

Рассмотрим взаимодействие перманганата калия KMnO 4 с сульфидом калия в кислой, нейтральной и щелочной средах. В этих реакциях продуктом окисления сульфид-иона является S 0 .

5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,

3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O = 2 MnO 2 ↓ + 3 S↓ + 8 KOH,

Распространенной ошибкой в этой реакции является указание на взаимодействие серы и щелочи в продуктах реакции. Однако, сера взаимодействует с щелочью в довольно жестких условиях (повышенная температура), что не соответствует условиям этой реакции. При обычных условиях правильно будет указывать именно молекулярную серу и щелочь отдельно, а не продукты их взаимодействия.

K 2 S + 2 KMnO 4 –(KOH)= 2 K 2 MnO 4 + S↓

При составлении этой реакции также возникают трудности. Дело в том, что в данном случае написание молекулы среды (КОН или другая щелочь) в реагентах не требуется для уравнивания реакции. Щелочь принимает участие в реакции, и определяет продукт восстановления перманганата калия, но реагенты и продукты уравниваются и без ее участия. Этот, казалось бы, парадокс легко разрешим, если вспомнить, что химическая реакция — это всего лишь условная запись, которая не указывает на каждый происходящий процесс, а всего лишь является отображением суммы всех процессов. Как определить это самостоятельно? Если действовать по классической схеме — баланс-балансовые коэффициенты-уравнивание металла, то вы увидите, что металлы уравниваются балансовыми коэффициентами, и наличие щелочи в левой части уравнения реакции будет лишним.

Перманганаты окисляют:

• неметаллы с отрицательной степенью окисления до простых веществ (со степенью окисления 0), исключения — фосфор, мышьяк — до +5 ;
• неметаллы с промежуточной степенью окисления до высшей степени окисления;
• активные металлы стабильной положительной степенью окисления металла.

KMnO 4 + неМе (низшая с.о.) = неМе 0 + другие продукты

KMnO 4 + неМе (промежуточная с.о.) = неМе(высшая с.о.) + др. продукты

KMnO 4 + Ме 0 = Ме (стабильная с.о.) + др. продукты

KMnO 4 + P -3 , As -3 = P +5 , As +5 + др. продукты

Схема восстановления хроматов/бихроматов

Особенностью хрома с валентностью VI является то, что он образует 2 типа солей в водных растворах: хроматы и бихроматы, в зависимости от среды раствора. Хроматы активных металлов (например, K 2 CrO 4) — это соли, которые устойчивы в щелочной среде. Дихроматы (бихроматы) активных металлов (например, K 2 Cr 2 O 7) — соли, устойчивые в кислой среде .

Восстанавливаются соединения хрома (VI) до соединений хрома (III) . Соединения хрома Cr +3 — амфотерные, и в зависимости от среды раствора они существуют в растворе в различных формах: в кислой среде в виде солей (амфотерные соединения при взаимодействии с кислотами образуют соли), в нейтральной среде — нерастворимый амфотерный гидроксид хрома (III) Cr(OH) 3 , и в щелочной среде соединения хрома (III) образуют комплексную соль, например, гексагидроксохромат (III) калия K 3 .

Соединения хрома VI окисляют:

• неметаллы в отрицательной степени окисления до простых веществ (со степенью окисления 0), исключения — фосфор, мышьяк – до +5 ;
• неметаллы в промежуточной степени окисления до высшей степени окисления;
• активные металлы из простых веществ (ст.окисления 0) до соединений со стабильной положительной степенью окисления металла.

Хромат/бихромат + неМе (отрицательная с.о.) = неМе 0 + другие продукты

Хромат/бихромат + неМе (промежуточная положительная с.о.) = неМе(высшая с.о.) + др. продукты

Хромат/бихромат + Ме 0 = Ме (стабильная с.о.) + др. продукты

Хромат/бихромат + P, As (отрицательная с.о.) = P, As +5 + другие продукты

Разложение нитратов

Соли-нитраты содержат азот в степени окисления +5 — сильный окислитель . Такой азот может окислять кислород (О -2). Это происходит при нагревании нитратов. При этом в большинстве случаев кислород окисляется до степени окисления 0, т.е. до молекулярного кислорода O 2 .

В зависимости от типа металла, образующего соль, при термическом (температурном) разложении нитратов образуются различные продукты: если металл активный (в ряду электрохимической активности находятся до магния ), то азот восстанавливается до степени окисления +3, и при разложении образуется соли-нитриты и молекулярный кислород .

Например :

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2 .

Активные металлы в природе встречаются в виде солей (KCl, NaCl).

Если металл в ряду электрохимической активности находится правее магния и левее меди (включая магний и медь) , то при разложении образуется оксид металла в устойчивой степени окисления, оксид азота (IV) (бурый газ) и кислород . Оксид металла образует также при разложении нитрат лития .

Например , разложение нитрата цинка :

2Zn(NO 3) 2 → 2ZnО + 4NO 2 + O 2 .

Металлы средней активности чаще всего в природе встречаются в виде оксидов (Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 и др.).

Ионы металлов , расположенных в ряду электрохимической активности правее меди являются сильными окислителями. При разложении нитратов они, как и N +5 , участвуют в окислении кислорода, и восстанавливаются до простых веществ, т.е. образуется металл и выделяются газы — оксид азота (IV) и кислород .

Например , разложение нитрата серебра :

2AgNO 3 → 2Ag + 2NO 2 + O 2 .

Неактивные металлы в природе встречаются в виде простых веществ.

Некоторые исключения!

Разложение нитрата аммония :

В молекуле нитрата аммония есть и окислитель, и восстановитель: азот в степени окисления -3 проявляет только восстановительные свойства, азот в степени окисления +5 — только окислительные.

При нагревании нитрат аммония разлагается . При температуре до 270 о С образуется оксид азота (I) («веселящий газ») и вода:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

Это пример реакции контрдиспропорционирования .

Результирующая степень окиcления азота — среднее арифметическое степени окисления атомов азота в исходной молекуле.

При более высокой температуре оксид азота (I) разлагается на простые вещества — азот и кислород :

2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

При разложении нитрита аммония NH 4 NO 2 также происходит контрдиспропорционирование.

Результирующая степень окисления азота также равна среднему арифметическому степеней окисления исходных атомов азота — окислителя N +3 и восстановителя N -3

NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O

Термическое разложение нитрата марганца (II) сопровождается окислением металла:

Mn(NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2

Нитрат железа (II) при низких температурах разлагается до оксида железа (II), при нагревании железо окисляется до степени окисления +3:

2Fe(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 при 60°C
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 при >60°C

Нитрат никеля (II) разлагается до нитрита при нагревании.

Окислительные свойства азотной кислоты

Азотная кислота HNO 3 при взаимодействии с металлами практически никогда не образует водород , в отличие от большинства минеральных кислот.

Это связано с тем, что в составе кислоты есть очень сильный окислитель — азот в степени окисления +5. При взаимодействии с восстановителями — металлами образуются различные продукты восстановления азота.

Азотная кислота + металл = соль металла + продукт восстановления азота + H 2 O

Азотная кислота при восстановлении может переходить в оксид азота (IV) NO 2 (N +4); оксид азота (II) NO (N +2); оксид азота (I) N 2 O («веселящий газ»); молекулярный азот N 2 ; нитрат аммония NH 4 NO 3 . Как правило, образуется смесь продуктов с преобладанием одного из них. Азот восстанавливается при этом до степеней окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты . При этом работает правило: чем меньше концентрация кислоты и выше активность металла, тем больше электронов получает азот, и тем более восстановленные продукты образуются .

Некоторые закономерности позволят верно определять основной продукт восстановления металлами азотной кислоты в реакции:

• при действии очень разбавленной азотной кислоты на металлы образуется, как правило, нитрат аммония NH 4 NO 3 ;

Например , взаимодействие цинка с очень разбавленной азотной кислотой:

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

• концентрированная азотная кислота на холоде пассивирует некоторые металлы — хром Cr, алюминий Al и железо Fe . При нагревании или разбавлении раствора реакция идет;

пассивация металлов — это перевод поверхности металла в неактивное состояние за счет образования на поверхности металла тонких слоев инертных соединений, в данном случае преимущественно оксидов металлов, которые не реагируют с концентрированной азотной кислотой

• азотная кислота не реагирует с металлами платиновой подгруппы — золотом Au, платиной Pt, и палладием Pd;

• при взаимодействии концентрированной кислоты с неактивными металлами и металлами средней активности азотная кислота восстанавливается до оксида азота (IV) NO 2 ;

Например , окисление меди концентрированной азотной кислотой:

Cu+ 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

• при взаимодействии концентрированной азотной кислоты с активными металлами образуется оксид азота (I) N 2 O ;

Например , окисление натрия концентрированной азотной кислотой :

Na+ 10HNO 3 = 8NaNO 3 + N 2 O + 5H 2 O

• при взаимодействии разбавленной азотной кислоты с неактивными металлами (в ряду активности правее водорода) кислота восстанавливается до оксида азота (II) NO ;
• при взаимодействии разбавленной азотной кислоты с металлами средней активности образуется либо оксид азота (II) NO, либо оксид азота N 2 O, либо молекулярный азот N 2 — в зависимости от дополнительных факторов (активность металла, степень измельчения металла, степень разбавления кислоты, температура).
• при взаимодействии разбавленной азотной кислоты с активными металлами образуется молекулярный азот N 2 .

Для приближенного определения продуктов восстановления азотной кислоты при взаимодействии с разными металлами я предлагаю воспользоваться принципом маятника. Основные факторы, смещающие положение маятника: концентрация кислоты и активность металла. Для упрощения используем 3 типа концентраций кислоты: концентрированная (больше 30%), разбавленная (30% или меньше), очень разбавленная (меньше 5%). Металлы по активности разделим на активные (до алюминия), средней активности (от алюминия до водорода) и неактивные (после водорода). Продукты восстановления азотной кислоты располагаем в порядке убывания степени окисления:

NO 2 ; NO; N 2 O; N 2 ; NH 4 NO 3

Чем активнее металл, тем больше мы смещаемся вправо. Чем больше концентрация или меньше степень разбавления кислоты, тем больше мы смещаемся влево.

Например , взаимодействуют концентрированная кислота и неактивный металл медь Cu. Следовательно, смещаемся в крайнее левое положение, образуется оксид азота (IV), нитрат меди и вода.

Взаимодействие металлов с серной кислотой

Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, как обычная минеральная кислота. Т.е. взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду электрохимических напряжений до водорода . Окислителем здесь выступают ионы H + , которые восстанавливаются до молекулярного водорода H 2 . При этом металлы окисляются, как правило, до минимальной степени окисления.

Например :

Fe + H 2 SO 4(разб) = FeSO 4 + H 2

взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений как до, так и после водорода.

H 2 SO 4 (конц) + металл = соль металла + продукт восстановления серы (SO 2 , S, H 2 S) + вода

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами образуются соль металла (в устойчивой степени окисления), вода и продукт восстановления серы — сернистый газ S +4 O 2 , молекулярная сера S либо сероводород H 2 S -2 , в зависимости от степени концентрации, активности металла, степени его измельчение, температуры и т.д. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами молекулярный водород не образуется!

Основные принципы взаимодействия концентрированной серной кислоты с металлами:

1. Концентрированная серная кислота пассивирует алюминий, хром, железо при комнатной температуре, либо на холоду;

2. Концентрированная серная кислота не взаимодействует с золотом, платиной и палладием ;

3. С неактивными металлами концентированная серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV).

Например , медь окисляется концентрированной серной кислотой :

Cu 0 + 2H 2 S +6 O 4(конц) = Cu +2 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O

4. При взаимодействии с активными металлами и цинком концентрированная серная кислота образует серу S либо сероводород H 2 S 2- (в зависимости от температуры, степени измельчения и активности металла).

Например , взаимодействие концентрированной серной кислоты с цинком :

8Na 0 + 5H 2 S +6 O 4(конц) → 4Na 2 + SO 4 + H 2 S — 2 + 4H 2 O

Пероксид водорода

Пероксид водорода H 2 O 2 содержит кислород в степени окисления -1. Такой кислород может и повышать, и понижать степень окисления. Таким образом, пероксид водорода проявляет и окислительные, и восстановительные свойства.

При взаимодействии с восстановителями пероксид водорода проявляет свойства окислителя, и восстанавливается до степени окисления -2. Как правило, продуктом восстановления пероксида водорода является вода или гидроксид-ион, в зависимости от условий проведения реакции. Например:

S +4 O 2 + H 2 O 2 -1 → H 2 S +6 O 4 -2

При взаимодействии с окислителями перекись окисляется до молекулярного кислорода (степень окисления 0): O 2 . Например :

2KMn +7 O 4 + 5H 2 O 2 -1 + 3H 2 SO 4 → 5O 2 0 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

1. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель:

Cl2+H20 -> HCL+O2
2. При взаимодействии (при н.у) хлора с водородом образовалось 11,2 л хлороводорода. Вычислите массу и число молей веществ,вступивших в реакцию
3. Запишите уравнения соответствующих реакций:
C -> CO2 -> Na2CO3 -> CO2 -> CaCO3
4. Рассчитайте массовую долю раствора поваренной соли (NaCl), если в 200 г раствора содержится 16 г соли.
5. Запишите уравнения соответствующих реакций:
P->P2O5->H3PO4->Ca(PO4)2->Ca(OH)2
6. Какой объем кислорода (н.у) необходим для полного сжигания 5 м3 метана CH4?
7. Запишите уравнения соответствующих реакций:
Fe->Fe2O3->FeCl3->Fe(OH)3->Fe(SO4)3
8. При взаимодействии хлора с водородом при н.у образовалась 8,96 л хлороводорода.Вычислите массы и количества веществ (моль), вступивших в реакцию.
9. Найдите коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель в уравнении:
MnO2+HCl->Cl2+MnCl2+H2O
10. Рассчитайте массовые доли (%) элементов,входящих в состав гидроксида алюминия.
11. Вычислите массу и число молей вещества, образовавшегося при взаимодействии Ca с 16 г кислорода.
12. Составить электронную и графическую формулу элемента № 28. Охарактеризовать элемент и его соединения
13. При взаимодействии кальция с 32 г кислорода получилось 100 г оксида кальция. Вычислите выход продукта реакции.
14. Запишите уравнения, описывающие основные типы химических реакций
15. Вычислите объем, который занимают 64 г кислорода при н.у

2.Дайте характеристику реакции:

CO₂+C<>2CO-Q по всем изученным признакам классификации. Рассмотрите условия смещения химического равновесия вправо.

3.В схеме ОВР расставьте коэффициенты методом электронного баланса,укажите окислитель и восстановитель:

Zn+H₂So₄(конц)>ZnSo₄+H₂S+H₂O.

Определите количетсво вещества сульфата калия,Полученного при сливании растворов,содержащих 2 моль серной кислоты и 5 моль гидроксида калия.

1) Какие из реакций с участием меди и ее соединений являются окислительно - востановительными? Укажите окислитель и

восстановитель.

а) Cu + Cl2 = CuCl2

б) CuCl2 + 2KOH = Cu (OH)2 + 2KCl

в) Cu SO4 + Fe = FeSO4 + Cu

г) CuO + H2 = Cu + H2O

д) CuO + 2HCl = CuCl + H2O

2) Укажите окислитель и востановитель и определите, к какому типу относятся окислительно - восстановительные реакции:

а) 2Al + 6HCl = 2AlCl + 3H2

б) 2K ClO3 = 2KCl + O2

в) 2FeO3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

г) NH4NO3 = N2O + 2H2O

д) 3S + 6 KOH = 2K2S + KSO3 + 3H2O

1)Дайте краткую характеристику элемента серы.Положение в периодической системе;электронная конфигурация атомов;валентные возможности;возможные степени

окисления(с примерами веществ);высший оксид,его характер;водородное соединение.
2)Даны следующие вещества: F2,NaF,HF.Напишите названия этих веществ и определите тип химической связи.Покажите направление смещения электронной плотности (электроотрицательности),если она смещена;ответ мотивируйте. Составьте электронные формулы для этих веществ.
3) Над стрелками укажите количество электронов, отданных или принятых атомами химических элементов. В каждом случае укажите является химический элемент окислителем или восстановителем,S(0)=S(+4),O (-1) = O (-2), Cr(+6)=Cr(+3),N(+2)=N(+5),Mn(+7)=Mn(+4).
4)Преобразуйте данные схемы в уравнения реакций, составьте схемы электронного баланса, расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель:
NH3 + O2 = NO + H2O
K + HNO3 = KNO3 + H2

Контрольная работа

Задание 10. Газ массой 1,105 г при 27 0 С и Р=101,3 кПа. Занимает объем 0,8 л. Какова его относительная молекулярная масса?

Дано:

m(газа)=1,105 г= кг

t=27 0 С, Т=300К

Р=101,3 кПа=101,3 ·10 3 Па

V=0,8 л=0,8 л·10 -3 м 3

Найти: Мr(газа)-?

Решение.

По уравнению Клайперона-Менделеева PV=n RT, где n – число молей газа; P – давление газа (например, в атм), V – объем газа (в литрах); T – температура газа (К); R – газовая постоянная (8,34Дж/моль К).

Связь между термодинамической температурой Т (по шкале Кельвина) и температурой t по Международной практической шкале (шкале Цельсия): T = (t+273), тогда Т= 300К. Химическое количество газа равно отношению массы газа к его молярной массе: n=m/M , подставив это выражение в уравнение Клайперона-Менделеева и выразив молярную массу, имеем:

М= = =34г/моль

Тогда относительная молекулярная масса газа равна 34.

Ответ: относительная молекулярная масса газа равна 34.

Задание 35. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 25 кг метилэтилового эфира СН 3 ОС 2 Н 5 , если t = -4 0 С, Р = 1,2×10 5 Па?

Решение.

Запишем уравнение реакции: СН 3 ОС 2 Н 5 + 4,5О2 = 3СО 2 + 4Н 2 О

Найдем химическое количество эфира:

n(СН 3 ОС 2 Н 5) = m((СН 3 ОС 2 Н 5)/М(СН 3 ОС 2 Н 5) = 25000/60=4166,67 моль. По реакции найдем химическое количество кислорода, необходимое для сгорания такого количества эфира:

при сгорании 1 моль эфира затрачивается 4,5 моль кислорода,

то при сгорании 4166,67 моль эфира – х моль кислорода.

Отсюда х=1875 моль. Найдем объем кислорода: V(O 2) = Vm n(O 2), где Vm - молярный объем, равен 22,4 л/моль при н.у., то есть V(O 2) =42000 л.

Если учесть, что объемная доля кислорода в воздухе равна 21%, то

V(возд) = V(O 2)/0,21 = 42000/0,21 = 200000 л

При t = -4 0 С, Р = 1,2×10 5 Па этот объем воздуха будет равен по формуле объединенного газового закона:

(P 1 V 1)/T 1 = (P 2 V 2)/T 2, отсюда

V 2 = (P 1 V 1 T 2)/(T 1 P 2) = (101,3 10 3 200000 269) /(273 1,2×10 5) = 166360л или 166,36 м 3

269 и 273 - это температура в Кельвинах, соответствующая -4 0 С и 0 0 С соответственно.

Ответ: 166,36 м 3

Задание 85. Какую степень окисления может проявлять водород в своих соединениях? Приведите примеры реакций, в которых газообразный водород играет роль окислителя и в которых роль восстановителя. Охарактеризуйте пожарную опасность водорода. Степени окисления элемента водорода и примеры соответствующих соединений.

Ответ: водород – элемент первого периода, первой А группы, электронная формула которого 1s 1 . Может принимать следующие степени окисления: +1 (Н 2 О, H 2 S. NH 3 и др.) ,0 (Н 2),-1(гидриды металлов: NaH, CaH 2).

Реакции с участием соединений, в которых водород проявляет степень окисления +1 – это, например, окислительно-восстановительные реакции, в которых участвует вода, в которой водород проявляет окислительные свойства.

2H +1 2 O + 2Li = 2LiOH + H 0 2

2H +1 + 2e = H 0 2 | окислитель

Li 0 -1е= Li + |2 восстановитель

2H 2 O + 2Na = 2NaOH + H 2

Или реакции кислот с металлами, стоящими в ЭХРН до водорода.

2H 2 S + 2K = K 2 S + H 2 В

Водород – восстановитель:

Н 2 0 +Са 0 =Са +2 Н -1 2

Са 0 -2е=Са 0 восстановитель

Н 2 0 +2е= 2Н -1 окислитель

В последние десятилетия часто обсуждаются различные возможности использования водорода в качестве энергоносителя.

В пользу водорода, как универсального энергоносителя говорят многие обстоятельства:

1. Для получения водорода может использоваться вода, запасы которой на сегодняшний день представляются значительными.

2. Продукты горения водорода значительно более экологически чистые, чем у бензина и дизельного топлива.

3. Водород может использоваться в существующих двигателях при их небольшой конструктивной доработке.

4. У водорода высокая удельная теплота сгорания; хорошая воспламеняемость водородовоздушной смеси в широком диапазоне температур; высокая антидетонационная стойкость, допускающая работу при степени сжатия до 14; высокая скорость и полнота сгорания.

Практическое использование водорода наталкивается на ряд существенных трудностей, обусловленных в первую очередь с повышенной взрывоопасностью рабочего тела. Проблемы безопасности в водородной технологии связаны с горением водорода, с его криогенным состоянием, коррозионной стойкостью и снижением прочностных свойств материалов при низких температурах, высокой текучестью и проникающей способностью. Все это требует тщательного соблюдения требований техники безопасности при работе с водородом. Согласно многочисленным справочным данным взрывоопасные свойства водородной смеси с воздухом характеризуются следующими данными: область воспламенения 4,12-75% объема, минимальная энергия зажигания - 0,02 мДж, температура самовоспламенения - 783 К, нормальная скорость распространения пламени - 2,7 м/с, критический диаметр - 0,6-10-3 м, минимальное взрывоопасное содержание кислорода - 5 % объема.

Для обеспечения минимальной опасности при обращении с водородом необходимо соблюдение следующих условий:

1. Широкое ознакомление персонала с особенностями водорода как химического продукта.

2. Постоянное повышение надежности средств и способов обеспечения безопасности при выполнении различных технологических операций с водородом.

3. Создание надежных средств индикации утечек водорода.

Совершенно недопустимо попадание воздуха (кислорода) в емкости и трубопроводы, заполненные жидким водородом. Воздух замерзает и осаждается на стенках выше уровня жидкости водорода или опускается на дно емкости. Ломающиеся кристаллы кислорода или твердого воздуха могут являться источником воспламенения или взрыва. по этой причин азот, которым продуваются магистрали и емкости перед заполнением их водородом, должен содержать не более 0,5-1% кислорода.

Разлитый жидкий водород представляет опасность, т.к. он быстро испаряется, образуя пожаро- и взрывоопасные смеси.

Водородное пламя почти невидимо при дневном свете. В связи с этим необходимо использовать датчики для его детектирование. Наиболее распространенные оптические датчики детектируют ультрафиолетовые и инфракрасное излучение. Вздувающиеся краски также успешно используют для этой цели. Эти краски обугливаются и набухают при сравнительно низкой температуре (около 470К) и выделяют едкие газы.

Меры безопасности при обращении с жидким водородом должны исключать возможность неконтролируемой его утечки, а также обеспечивать быструю эвакуацию просочившегося газа.

Для сооружений, расположенных на открытых площадках, хранилищ жидкого водорода, могут быть рекомендованы следующие мероприятия:

1. В зоне проведения работ с жидким водородом необходимо иметь водяной душ, брандспойт или специальный резервуар с водой для смывания жидкого продукта с обрызганных участков технологического оборудования.

2. Резервуары и цистерны для хранения жидкого продукта следует периодически с интервалом в 1-2 года очищать от твердых отложений (кислород, азот и т.п.) путем их размораживания.

3. Необходима тщательная проверка технологического оборудования на герметичность. Признаком утечки водорода из хранилища является образование инея на деталях оборудования.

4. Защитные стены нельзя сооружать около резервуаров хранилищ. Для хорошей циркуляции газов резервуары следует устанавливать таким образом, чтобы они были открыты для доступа воздуха с возможно большего числа сторон.

5. Зона возможной опасности вокруг резервуара в соответствии с инструкцией по технике безопасности должна быть обозначена.

Кроме того, при длительном хранении фосфорорганических отравляющих веществ внутри герметичной полости наряду с другими продуктами распада выделяется в заметных количествах фтористый водород. При его взаимодействии с железом корпуса изделия происходит интенсивное образование водорода - вещества чрезвычайно химически активного. Двухатомная молекула водорода образует соединения со всеми элементами (кроме благородных газов), хорошо растворяется в металлах и относительно легко проникает через них. С фтором водород непосредственно соединяется (даже при температуре - 252°С).

Учёт таких особенностей молекулярного водорода позволяет предположить, что в корпусе химического боеприпасе или герметичной ёмкости с отравляющим веществом происходит процесс накопления водорода до определённого давления, после чего этот элемент начинает диффундировать через металлический корпус ёмкости. При определённом давлении процесс стабилизируется и в дальнейшем может измениться только за счёт изменения количества выделяемого фтористого водорода или температуры наружного воздуха. Поглощённый металлом водород приводит к потере металлом пластичности и прочности. Этот эффект известен как водородное охрупчивание. Он обуславливает появление трещин в результате скопления водорода на различных дефектах кристаллической структуры металла.

Водород, выделяющийся из ёмкостей и боеприпасов внутри бетонных хранилищ, будет скапливаться около потолка и может явиться, кроме того, источником пожарной и взрывной опасностей, так как он в смеси с кислородом воздуха образует аварийно-опасный гремучий газ.

Аналогичные проблемы возникают при хранении радиоактивных отходов. При попадании в хранилище воды происходит её разложение под действием ионизирующих излучений. Радиолиз воды создаёт водород, способный при концентрации более 4 объемных процентов образовать «гремучую» смесь. Концентрация водорода в хранилище из-за конвективного характера его рассеяния пропорциональна температуре наружного воздуха, что приводит к необходимости принудительной вентиляции хранилищ радиоактивных отходов в жаркую погоду.

Задание 60. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 3d или 4s , 5s или 4р ? Почему? Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 21.

Ответ. Следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией - меньшая сумма n + ℓ (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s→2s→ 2р→ 3s→ 3р→ 4s→ 3d→ 4р→ 5s→ 4d→ 5р→ 6s→ 5d 1 →4f→ 5d→ 6р→ 7s →6d 1 →5f→ 6d→ 7р.

В нашем случае

D 4s 5s 4р

Значение n 3 4 5 4

Значениеl 2 0 0 1

Сумма (n +l ) 5 4 5 5

Последовательность заполнения (на основании правил Клечковского):

1 – 4s затем 3d; 1-4 р затем – 5s. 4р заполняется первым, не смотря на равную сумму (n +l ), так как n=4, а у 5s n=5, а при одинаковых значениях этой суммы в первую очередь заполняется подуровень с меньшим значением главного квантового числа n .

Cu +2 +2е Cu 0 |3 окислитель

2N -3 -6е N 2 0 |1 восстановитель

3CuO +2 NH 3 = 3Cu + N 2 + 3H 2 O

Задание 135. При сгорании 1 л паров метанола СН 3 ОН выделилось 32,3 кДж теплоты. Вычислить энтальпию образования метанола. Условия стандартные.

V(СН 3 ОН)= 1л

DНр =-32,3 кДж

Найти: DН 0 (СН 3 ОН)-?

Решение. Найдем теплоту сгорания 1 моль (22,4 л) метанола. При сгорании 1л выделилось 32,3 кДж, то при 22,4 моль сгорания метанола – х кДж, х=723,52кДж/моль, то есть DН 0 гор (СН 3 ОН)=- 723,52кДж/моль.

Запишем уравнение реакции: СН 3 ОН+1,5О 2 =СО 2 +2Н 2 О

Для расчета энтальпии образования метанола привлекаем следствие

из закона Гесса: ΔН (Х.Р.) = ΣΔН 0 (прод.) - ΣΔН 0 (исх.).

Используем найденную нами энтальпию горения метанола и приведенные в приложении энтальпии образования всех (кроме метанола) участников процесса.

По 1-му следствию закона Гесса тепловой эффект этой реакции DН 0 р-и может быть записан следующим образом:

DН 0 р-и = DН 0 (СО 2) + 2DН 0 (Н 2 О) - DН 0 (СН 3 ОН). (1)

DН 0 (СО 2), DН 0 (Н 2 О), DН 0 (СН 3 ОН) – энтальпии образования веществ. По условию задачи энтальпию образования метанола необходимо рассчитать. По 2-му следствию закона Гесса тепловой эффект этой же реакции равен энтальпии горения этилацетата.

DН 0 р-и = DН 0 гор (СН 3 ОН). (2)

Величину DН 0 гор (СН 3 ОН) мы нашли. Объединив уравнения (1) и (2) можно записать:

DН 0 гор (СН 3 ОН) = DН 0 (СО 2) + 2DН 0 (Н 2 О) - DН 0 (СН 3 ОН).

Тогда энтальпия образования этилацетата DН 0 (СН 3 ОН) может быть рассчитана следующим образом:

DН 0 (СН 3 ОН) = DН 0 (СО 2) + 2DН 0 (Н 2 О) -DН 0 гор (СН 3 ОН)= (–393,5) + 2×(–241,8) – (-723,52) = - 153,57 кДж/моль.

Полученная величина означает, что при образовании 1 моль метанола выделяется 153,57 кДж тепла (DН<0 ).

В данном разделе собраны задачи по теме . Приведены примеры задач на составление уравнений реакций, нахождение окислительно-восстановительного потенциал, и константы равновесия ОВР и другие.

Задача 1. Какие соединения и простые вещества могут проявлять только окислительные свойства? Выберите такие вещества из предложенного перечня: NH 3 , CO, SO 2 , K 2 MnO 4 , Сl 2 , HNO 2 . Составьте уравнение электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

HNO 3 + H 2 S = H 2 SO 4 + NO + H 2 O.

Решение.

Простые вещества, атомы которых не могут отдать электрон, а могут только присоединить его в реакциях являются только . Из простых веществ только окислителем может быть фтор F 2 , атомы которого имеют наивысшую электроотрицательность . В сложных соединениях – если атом, входящий в состав этого соединения (и меняющий степень окисления) находится в своей наивысшей степени окисления, то данное соединение будет обладать только окислительными свойствами .

Из предложенного списка соединений, нет веществ, которые обладали бы только окислительными свойствами, т.к. все они находятся в промежуточной степени окисления.

Наиболее сильный окислитель из них – Cl 2 , но в реакциях с более электроотрицательными атомами будет проявлять восстановительные свойства.

N -3 H 3 , C +2 O, S +4 O 2 , K 2 Mn +6 O 4 , Сl 0 2 , HN +3 O 2

HNO 3 + H 2 S = H 2 SO 4 + NO + H 2 O.

Составим электронные уравнения :

N +5 +3e — = N +2 | 8 окислитель

S -2 — 8e — = S +6 | 3 восстановитель

Сложим два уравнения

8N +5 +3S -2 — = 8N +2 + 3S +6

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение :

8HNO 3 +3H 2 S = 3H 2 SO 4 + 8NO + 4H 2 O.

Задача 2. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? Составьте уравнения реакций HNO 2: а) с бромной водой; б) с HI; в) с KMnO 4 . Какую функцию выполняет азотистая кислота в этих реакциях?

Решение.

HN +3 O 2 — Степень окисления азота в азотистой кислоте равна +3 (промежуточная степень окисления). Азот в этой степени окисления может как принимать, так и отдавать электроны, т.е. может являться как окислителем, так восстановителем.

а) HNO 2 + Br 2 + H 2 O = 2HBr + HNO 3

N +3 – 2 e = N +5 | 1 восстановитель

Br 2 0 + 2 e = 2Br — | 1 окислитель

N +3 + Br 2 = N +5 + 2Br —

б) HNO 2 + 2HI = I 2 + 2NO + 2H 2 O

N +3 + e = N +2 | 1 окислитель

2I — — 2 e = I 2 | 1 восстановитель

N +3 + 2I — = N +2 + I 2

в) 5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5HNO 3 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

N +3 – 2 e = N +5 | 5 восстановитель

Mn +7 + 5 e = Mn +2 | 2 окислитель

5N +3 + 2Mn +7 = 5N +5 + 2Mn +2

Задача 3. Определите степени окисления всех компонентов, входящих в состав следующих соединений: HСl, Cl 2 , HClO 2 , HClO 3 , Cl 2 O 7 . Какие из веществ являются только окислителями, только восстановителями, и окислителями и восстановителями? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

КСlO 3 → КС1 + КСlO 4 .

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Хлор может проявлять степени окисления от -1 до +7 .

высшей степени окисления , могут быть только окислителями , т.е. могут только принимать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его низшей степени окисления , могут быть только восстановителями , т.е. могут только отдавать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его промежуточной степени окисления , могут быть как восстановителями, так и окислителями , т.е. могут отдавать, так и принимать электроны.

H +1 Сl -1 , Cl 0 2 , H +1 Cl +3 O 2 -2 , H +1 Cl +5 O 3 -2 , Cl 2 +7 O 7 -2

Таким образом, в данном ряду

Только окислитель — Cl 2 O 7

Только восстановитель – HСl

Могут быть как окислителем, так и восстановителем — Cl 2 , HClO 2 , HClO 3

КСlO 3 → КС1 + КСlO 4 .

Составим электронные уравнения

Cl +5 +6e — = Cl — | 2 | 1 окислитель

Cl +5 -2e — = Cl +7 | 6 | 3 восстановитель

Расставим коэффициенты

4Cl +5 = Cl — + 3Cl +7

4КСlO 3 → КС1 + 3КСlO 4 .

Задача 4. Какие из приведенных реакций являются внутримолекулярными? Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите восстановитель, окислитель.

а) KNO 3 = KNO 2 + O 2 ;

б) Mq+ N 2 = Mq 3 N 2 ;

Решение.

Решение.

Решение.

NO 2 — + H 2 O — 2e — = NO 3 — + 2H + | 5 восстановитель

Сложим две полуреакции , умножив каждую на соответствующий коэффициент:

2MnO 4 — + 16H + + 5NO 2 — + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5NO 3 — + 10H +

После сокращения идентичных членов, получаем ионное уравнение :

2MnO 4 — + 6H + + 5NO 2 — = 2Mn 2+ + 3H 2 O + 5NO 3 —

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение и уравняем его правую и левую части:

2KMnO 4 + 5KNO 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5KNO 3 + 3H 2 O

Задача 7. Определите методом электронного баланса коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций:

Zn + HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

Zn + H 2 SO 4(конц) = ZnSO 4 + SO 2 + H 2 O

Решение.

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Составим электронные уравнения

Zn 0 – 2 e = Zn 2+ | 8 | 4 | восстановитель

N +5 + 8 e = N 3- | 2 | 1 | окислитель

4Zn 0 + N +5 = 4Zn 2+ + N 3-

Zn + 2H 2 SO 4(конц) = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Составим электронные уравнения

Zn 0 – 2 e = Zn 2+ | 2 | 1 восстановитель

S +6 + 2 e = S +4 | 2 | 1 окислитель

Zn 0 + S +6 = Zn 2+ + S +4

Задача 8. Можно ли в качестве окислителя в кислой среде использовать K 2 Cr 2 O 7 в следующих процессах при стандартных условиях:

а) 2F — -2e — = F 2 , E 0 = 2,85 В

б) 2Сl — -2e — = Cl 2 , E 0 = 1,36 В

в) 2Br — -2e — = Br 2 , E 0 = 1,06 В

г) 2I — -2e — = I 2 , E 0 = 0,54 В

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы

Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e — = 2Cr 3+ + 7H 2 O равен E 0 =1,33 В

Решение.

Для определения возможности протекания ОВР в прямом направлении необходимо найти

ЭДС = Е 0 ок — Е 0 восст

Если найденная величина ЭДС > 0 , то данная реакция возможна .

Итак, определим, можно ли K 2 Cr 2 O 7 использовать в качестве окислителя в следующих гальванических элементах:

F 2 |F — || Cr 2 O 7 2- |Cr 3+ E = 1,33 – 2,85 = -1,52 В

Cl 2 |Cl — || Cr 2 O 7 2- |Cr 3+ E = 1,33 – 1,36 = -0,03 В

Br 2 |Br — || Cr 2 O 7 2- |Cr 3+ E = 1,33 – 1,06 = +0,27 В

I 2 |I — || Cr 2 O 7 2- |Cr 3+ E = 1,33 – 0,54 = +0,79 В

Таким образом, в качестве окислителя дихромат калия можно использовать только для процессов:

2Br — -2e — = Br 2 и 2I — -2e — = I

Задача 9. Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы

MnO 4 — + 8H + +5e — = Mn 2+ + 4H 2 O

Если С(MnO 4 —)=10 -5 М, С(Mn 2+)=10 -2 М, С(H +)=0,2 М.

Решение.

Окислительно-восстановительный потенциал рассчитывают по уравнению Нернста :

E = E° + (0,059/ n) lg(C ок / C вос)

В приведенной системе в окисленной форме находятся MnO 4 — и H + , а в восстановленной форме — Mn 2+ , поэтому:

E = 1,51 + (0,059/5)lg(10 -5 *0,2/10 -2) = 1,46 В

Задача 10. Рассчитайте для стандартных условий константу равновесия окислительно-восстановительной реакции:

2KMnO 4 + 5HBr + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5HBrO + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Решение.

Константа равновесия K окислительно-восстановительной реакции связана с окислительно-восстановительными потенциалами соотношением:

lgK = (E 1 0 -E 2 0)n/0,059

Определим, какие ионы в данной реакции являются окислителем и восстановителем:

MnO 4 — + 8H + +5e — = Mn 2+ + 4H 2 O | 2 окислитель

Br — + H 2 O — 2e — = HBrO + H + | 5 восстановитель

Общее число электронов , принимающих участие в ОВР n = 10

E 1 0 (окислителя) = 1,51 В

E 2 0 (восстановителя) = 1,33 В

Подставим данные в соотношение для К :

lgK = (1,51 — 1,33)10/0,059

K = 3,22*10 30

Категории ,