4.7. Окислительно-восстановительные реакции

Пример 1. Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соединениях NH₃, HNO₂, HNO₃, H₂S, H₂SO₃, H₂SO₄, MnO₂, KMnO₄ определить, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение: степень окисления n(N) в указанных соединениях соответственно равна: −3 (низшая), +3 (промежуточная), +5 (высшая); n(S) соответственно равна: −2 (низшая), +4 (промежуточная), +6 (высшая); n(Mn) соответственно равна: +4 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: NH₃ и H₂S – только восстановители; HNO₃, H₂SO₄, KMnO₄ – только окислители; HNO₂, H₂SO₃, MnO₂ – окислители и восстановители.

Пример 2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: а) H₂S и HI; б) H₂S и H₂SO₃; в) H₂SO₃ и HCIO₄?

Решение:

а) степень окисления в H₂S n(S) = −2; в HI n(I) = −1. Так как и сера и йод находятся в своей низшей степени окисления, то оба взятые вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут;

б) в H₂S n(S) = − 2 (низшая); в H₂SO₃ n(S) = +4 (промежуточная). Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем H₂SO₃ является окислителем;

в) в H₂SO₃ n(S) = +4 (промежуточная); в HCIO₄ n(CI) = +7 (высшая). Взятые вещества будут взаимодействовать. H₂SO₃ в этом случае будет проявлять окислительно-восстановительные свойства.

Пример 3. Составить уравнения окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

+7 +3 +2 +5

KMnO₄ + H₃PO₃ + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₃PO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Решение: если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

в осстановитель 5 Р³⁺ - 2е^- = Р⁵⁺ процесс окисления

окислитель 2 Mn⁷⁺ + 5е^- = Mn²⁺ процесс восстановления

Пример 4. Расставить коэффициенты в следующем уравнении:

Н₂AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ = H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Решение: ион AIO₃^3- окисляется в ион AIO₄^3-. Недостающий кислород берется из воды, в результате чего образуется избыток ионов Н⁺:

AsO₃^3- + H₂O = AsO₄^3- + 2H⁺

Так как сумма зарядов в левой и правой части должны равняться друг другу, то из левой части надо отнять 2е:

AsO₃^3- + Н₂О – 2е = AsO₄^3- + 2Н⁺ (1)

Соответственно для процесса восстановления:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O (2)

Умножаем члены первого уравнения на 5, а второго на 2 и, складывая их, получаем ионное уравнение:

5 AsO₃^3- + 5H₂O + 2MnO₄^- + 16H⁺ = 5 AsO₄^3- + OH⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

От ионного уравнения легко перейти к молекулярному:

5H₃AsO₃ + 2HMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5H₃AsO₄ + 2MnO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O