9.4. Приклади розв’язання типових задач

Задача 1. Розрахуйте ступінь окиснення елемента, що підкреслен, та виходячи з його положення в періодичній системі елементів, визначте, яки речовини проявлятимуть властивості тільки окисника, тільки відновника,або як окисника, так і відновника:

K₂⁺¹S ; S ; Na₂⁺¹SO₃^-2 ; H₂⁺¹SO₄^-2 ; K₂⁺¹S₂O₃^-2

Розв’язання. K і Na –метали 1-ої групи таблиці Д.І. Менделеєва, тому їх ступені окиснення дорівнюють +1; оксиген має ступінь окиснення мінус 2; гідроген - +1. Елементи у вигляді простих речовин мають ст.ок. нуль (S⁰). Тому:

K₂⁺¹S^-2 ; S⁰ ; Na₂⁺¹S⁺⁴O₃^-2 ; H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 ; K₂⁺¹S₂⁺²O₃^-2

Враховуючи, що S - неметал VI-ої групи, визначаємо:

S ^-2…………S⁰……S⁺²……S⁺⁴…S⁺⁶

мінім. ст.ок. макс. ст.ок.

K₂S - відновник; H₂SO₄ - тільки окисник; S, Na₂SO₃ , K₂S₂O₃ - обидві ролі.

Задача 2. Розставте ступені окиснення елементів у речовинах; вкажіть кількість електронів, що віддаються або приймаються; та який це процес, окиснення чи відновлення.

а) K₂Cr₂O₇ → Cr₂(SO₄)₃ ; б) CrSO₄ → Cr₂(SO₄)₃ ; в) MnO₂ → K₂MnO₄ ;

г) KMnO₄ → MnSO₄ ; д) KClO₃ → KCl ; е) Cl₂ → HClO

Розв’язання. а) K⁺¹₂ Cr⁺⁶₂O^-2₇ → Cr⁺³₂(SO₄)^2-₃ , тобто 2 Cr⁺⁶ + 2x3e = 2 Cr⁺³ - це є процес відновлення окисника Cr⁺⁶ до Cr⁺³ .

б) Cr⁺²(SO₄)^2- → Cr⁺³₂(SO₄)^2-₃ , 2 Cr⁺² - 2x1e = 2Cr⁺³ , тобто маємо процес окиснення відновника Cr⁺² до Cr⁺³ .

в) Mn⁺⁴O⁰₂ → K⁺¹₂Mn⁺⁶ O^-2₄ ; Mn⁺⁴ -2е = Mn⁺⁶ також, як і в попереднему випадку, маємо процес окиснення відновника Mn⁺⁴ до продукту окиснення Mn⁺⁶ .

г) K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2 → Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2 ; Mn⁺⁷ + 5е = Mn⁺² - процес відновлення окисника Mn⁺⁷ (KMnO₄) до продукту Mn⁺² (MnSO₄) .

д) K⁺¹Cl⁺⁵O^-2₃ → K⁺¹Cl^-1 ; Cl⁺⁵ + 6е = Cl^-1 - процес відновлення окисника Cl⁺⁵ (KClO₃) до продукту Cl^-1 (KCl) .

е) Cl₂⁰ → H⁺¹Cl⁺¹O^-2 ; Cl₂⁰ - 2x1e = 2 Cl⁺¹ - процес окиснення відновника Cl₂ до продукту окиснення Cl⁺¹ .

Задача 3. Виходячи із ступеню окиснення елементів, що підкреслені, та їх розташування в періодичної системі елементів, визначте, чи можливі принципово окисно-відновні реакції між наведеними в умові речовинами. Вкажіть у взаємодіючих речовинах атом-окисник та атом-відновник:

a) K₂Cr₂O₇ i K₂S ; б) KNO₃ i KMnO₄ ; в) Fe₂O₃ i Al ; г) HClO i FeCl₂

Розв’язання. a) K₂Cr⁺⁶₂O₇ i K₂S^-2 ; Обидва елемента знаходяться в VI-ої групі періодичної системи, тому максимальне значення ступенів окиснення цих елементів дорівнює +6 (властивості тільки окисників). Хром – метал, тому мінімальне значення ступені окиснення його атомів дорівнює нулю (властивості тільки відновника). Сульфур – неметал, тому мінімальне (найнижче) значення ступені окиснення його атомів дорівнює мінус 2 (властивості тільки відновника). Тобто, маємо Сr⁺⁶ (K₂Cr₂O₇) – тільки окисник; S^-2 (K₂S) – тільки відновник. Окисно-відновна реакція можлива.

б) KN⁺⁵O₃ i KMn⁺⁷O₄ ; Нітроген – елемент V – ої групи, тому найвища ступінь окиснення дорівнює +5 (співпадає зі ступенем окиснення нітрогену в цьому випадку) – тільки окисник. Манган – елемент VII – ої групи. Для нього найвища ступінь окиснення дорівнює +7 (як і в цьому випадку) – тільки окисник. Окисно-відновна реакція не можлива.

в) Fe⁺³₂O₃ i Al⁰ ; У ферума – проміжна ступень окиснення між мінімальною ( 0 ) і максимальною ( +6); тому Fe⁺³ може бути і окисником, і відновником. Алюміній – це проста речовина, тому ступінь окиснення його атома 0 (мінімальне значення). Він – тільки відновник. Окисно-відновна реакція можлива, так як Fe₂O₃ - окисник, а Al - відновник.

г) HCl⁺¹O i Fe⁺²Cl₂ ; Як і в попередньому випадку Fe⁺² має проміжну ступень окиснення; тому він є і окисником , і відновником. Найнижча ступінь окиснення хлору дорівнює мінус 1, а найвища - +7. Тому Сl⁺¹ може бути і окисником, і відновником. Тобто, атоми обох елементів в зазначенних ступенях окиснення можуть бути як окисником, так і відновником. Окисно-відновна реакція можлива. Однак, визначити, який із атомів буде виконувати роль окисника, а який – відновника, неможливо, не користуючись значеннями стандартних окисно-відновних потенціалів. Потрібно пам’ятати, що значення окисно-відновного потенціала окисника є більшим за відповідне значення відновника.

Задача 4. Який процес – окиснення чи відновлення, - відбувається в наведених перетвореннях ? На основі даних таблиці стандартних окисно-відновних потенціалів ( див. додаток, табл. № …) визначте, яки з речовин: а) HNO₃ , HNO₂ , Cl₂ , S ; б) H₂S ; HI ; SnCl₂ ; CoCl₂ можливо використати для здійснення перетворення: а) I^- → I⁰ ₂ ; б) MnO₄^- → MnO₂ .

Розв’язання. а) 2I^- - 2х1е = I₂⁰ . Тобто, маємо процес окиснення, і I^- є відновником. Оскільки потенціал відновника ( ⁰ = +0,53) має бути меншим за потенціал окисника, то для здійснення цього перетворення можливо використати HNO₃ , HNO₂ , та Cl₂ ( ⁰ = +0,94; +0,99; +1,36 В відповідно).

б) Mn⁺⁷О₄^- + 3е = Mn⁺⁴O₂ . Це є процес відновлення, а Mn⁺⁷ – окисник. Стандартний окисно-відновний потенціал його ( +0,60 В) має бути більшим ніж відповідні потенціали відновників (+0,14; +0,53; +0,15; +1,84 В). А тому для здійснення цього перетворення можливо використати тільки H₂S ; HI та SnCl₂.

Умова до задач 5-7. Для приведеної в умові реакції знайдіть елементи, що змінюють ступені окиснення. Запишіть електронні рівняння процесів окиснення та відновлення. До якого типу окисно-відновних реакцій відноситься реакція ? Розставте коефіцієнти в рівнянні методом електронного балансу. Вкажіть речовини-окисник і відновник, продукти окиснення і відновлення.

Задача 5. PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → H₃PO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Розв’язання. Гідроген і калій в сполуках мають ступені окиснення +1, оксиген – мінус 2.Тому :

P^-3H⁺¹₃+K⁺¹Mn⁺⁷O^-2₄+H⁺¹₂S⁺⁶O^-2₄ → H ⁺¹₃P⁺⁵O^-2₄ +Mn⁺²S⁺⁶O^-2₄ +K⁺¹₂S⁺⁶O^-2₄ + H⁺¹₂O^-2

Змінюють свої ступені окиснення фосфор і манган:

P^-3 - 8e = P⁺⁵ х 5 – процес окиснення відновника

Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺² х 8 – процес відновлення окисника

Реакція відноситься до типу міжмолекулярного окиснення-відновлення, так як атоми окисника (Mn⁺⁷) і атоми відновника (P^-3 ) знаходяться в різних речовинах. Продуктами окиснення та відновлення є H₃PO₄ і MnSO₄ відповідно.

Ставимо основні коефіцієнти:

5PH₃ +8KMnO₄ + H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Порівняємо кількості а)катіонів калію , б) аніонів SO₄^2- та в)катіонів гідрогену:

а) 5PH₃ +8KMnO₄ + H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ +4K₂SO₄ + H₂O

б) 5PH₃ +8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + H₂O

в) 5PH₃ +8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + K₂SO₄ +12H₂O

Перевіряємо кількості оксигену з обох частин рівняння:

32 О (8KMnO₄) = 20 О (5H₃PO₄) + 12 О (12Н₂О)

Коефіцієнти розставлені вірно.

Задача 6. HNO₂ → HNO₃ + NO + H₂O

Розв’язання. Пам‘ятаємо, що гідроген і оксиген в сполуках мають ступені окиснення +1, і мінус 2 відповідно. Тому:

H⁺¹N⁺³O^-2₂ → H⁺¹N⁺⁵O^-2₃ + N⁺²O^-2 + H⁺¹₂O^-2

Бачимо, що ступень окиснення змінюєть тільки нітроген. Причому зі стану +3 переходить в два стана - +5 та +2. Ми маємо тип окисно-відновної реакції – диспропорціонірованія або дисмутації :

N⁺³ - 2е = N⁺⁵ x1 – процес окиснення відновника

N⁺³ + 1e = N⁺² х2 – процес відновлення окисника

Ставимо основні коефіцієнти – 1 перед продуктом окиснення, HNO₃ і 2 – перед продуктом відновлення, NO. Всього атомів нітрогену в правій частині рівняння буде 3. Тому ставимо коефіцієнт 3 перед HNO₂ в лівий частині рівняння:

3HNO₂ → 1HNO₃ + 2NO + H₂O

Рахуємо кількості іонів гідрогену – рівні кількості з права і зліва. Перевіряємо кількості атомів оксигену. Також рівні. Коефіцієнти розставлені вірно:

3HNO₂ = 1HNO₃ + 2NO + H₂O

З адача 7. Cu(NO₃)₂ ^{нагрівання} CuO + NO₂ + O₂

Розв’язання. Оксиген в сполуках має ступень окиснення -2, а в вигляді простої речовини – 0. Тому

Cu⁺² (N⁺⁵O^-2₃)₂ → Cu⁺²O^-2 + N⁺⁴O^-2₂ + O⁰₂

Бачимо, ступені окиснення змінюють нітроген і оксиген:

2N⁺⁵ + 2х1e = 2N⁺⁴ x4 - процес відновлення окисника

2O ^-2 - 2х2e = O⁰₂ x2 - процес окиснення відновника

Реакція відноситься типа внутрішньо-молекулярного окиснення-відновлення. Продуктом процесу окиснення є O₂, а відновлення - NO₂.

Ставимо основні коефіцієнти – 4 перед Cu(NO₃)₂ і 8NO₂ , так як всього відновлюється 8 атомів N ; та - 2 перед O⁰₂ :

4Cu(NO₃)₂ → CuO + 8 NO₂ + 2O₂

Бачимо, що в лівої частині рівняння є 4 Cu, тому і в правої частині ставимо 4 перед CuO. Всі коефіцієнти розставлені:

4Cu(NO₃)₂ → 4 CuO + 8 NO₂ + 2O₂

Кількості атомів оксисену зліва і з права також рівні (по 24). Тобто, коефіцієнти розставлені вірно. Рівняння збалансовано.

4Cu(NO₃)₂ = 4 CuO + 8 NO₂ + 2O₂