1.8. Окислительно-восстановительные реакции
Пример 1. Какие из приведенных ниже реакций являются окислительно-восстановительными? Укажите для каждой из них окислитель и восстановитель.
1. Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.
2. FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl.
3. Ba(NO3)2 + K2SO4 = BaSO4 + 2KNO3.
4. 2KI + Cl2 = 2KCl + I2.
Решение. Окислительно-восстановительными называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов. Степень окисления – это условный заряд, появляющийся на атоме в результате смещения электронного облака к более электроотрицательному атому. Степень окисления может быть отрицательной, положительной и нулевой.
Окисление – это процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления. Атомы, молекулы и ионы, отдающие электроны, называются восстановителями.
Восстановление – процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления. Атомы, молекулы и ионы, принимающие электроны, называют окислителями.
Определим степени окисления атомов.
1.
+ 2
Cl
=
Cl2
+
2.
Железо и водород меняют степени окисления. Следовательно, данная реакция относится к окислительно-восстановительным:
2
=
– процесс окисления, железо –
восстановитель.
2 + 2 = 2 – процесс восстановления, ион водорода – окислитель.
2.
2
+ 2
=
2
+ 2
.
С тепени окисления атомов в веществах не изменяются, поэтому реакция не является окислительно-восстановительной.
3.
(
3)2
+
= 2
3
+
Эта реакция также не относится к окислительно-восстановительным, степени окисления атомов постоянны.
4.
2K
+
2
= 2K
+
2.
Хлор и йод меняют степени окисления, это окислительно-восстано-вительная реакция:
2 2 = 2 – процесс окисления, ион йода – восстановитель,
2 + 2 = 2 – процесс восстановления, молекула хлора – окислитель.
Пример 2. Какой процесс окисления или восстановления происходит при следующих превращениях:
;
;
;
;
;
?
Решение. Повышение степени окисления происходит в результате отдачи электронов (окисления), понижение – за счет присоединения электронов (восстановления):
6 = – окисление,
8 = – окисление,
+ 3 = – восстановление,
2 = – окисление,
3 = – окисление,
+ 1 = – восстановление.
Пример 3. Реакция выражается схемами:
1. KClO3 KClO4 + KCl.
2. (NH4)2S + K2Cr2O7 + H2O S + Cr(OH)3 + NH3 + KOH.
Составьте электронные уравнения, расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель.
Решение. Для подбора коэффициентов уравнения воспользуемся методом электронного баланса.
1. Записываем уравнение реакции и находим атомы, меняющие степень окисления:
K
O3
K
O4
+ K
.
2. Составляем электронные уравнения и находим окислитель и восстано-витель:
Cl+5 – 2 = Cl+7, Cl+5 – восстановитель,
Cl+5 + 6 = Cl–1, Cl+5 – окислитель.
В этом уравнении Cl+5(KClO3) является одновременно и окислителем, и восстановителем. Такая окислительно-восстановительная реакция называется реакцией диспропорционирования (самоокислениясамовосстановления).
3. Находим коэффициенты для окислителя, восстановителя и продуктов их превращения. Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Для этого находим наименьшее общее кратное и множители:
Cl+5
– 2
= Cl+7
3 (1)
6
Cl+5 + 6 = Cl– 1 (2)
Ставим эти множители в уравнение (1). Перед KClO3 ( ) ставится суммарный множитель (3 + 1 = 4). Коэффициенты у формул остальных веществ подбираются как обычно, путем сопоставления числа атомов в правой и левой частях уравнения:
4KClO3 = 3KClO4 + KCl.
По той же методике расставим коэффициенты во втором уравнении:
3(NH4)2S–2 + K2Cr2+6O7 + H2O = 3S0 + 2Cr+3(OH)3 + 2KOH + 6NH3
S–2 – 2 = S0 3
6
Cr+6 + 6 = 2Cr+3 1
Пример 4. Диоксид азота при растворении в воде образует смесь двух кислот. Напишите уравнение реакции.
Решение. Исходными веществами являются вода и диоксид азота NO2. Кислород и водород имеют в молекуле воды степени окисления (2) и (+1), характерные и устойчивые для них. Следовательно, реакция происходит только за счет изменения степени окисления азота. В молекуле NO2 азот находится в промежуточной степени окисления (+4), он может и отдавать, и принимать электроны по схеме:
N+4 – 1 = N+5 – окисление,
N+4 + 1 = N+3 – восстановление.
Поэтому при
растворении NO2
в воде образуются азотная (
)
и азотистая (
)
кислоты:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2.
Задания
151. Исходя из степени окисления хлора в соединениях HCl, HClO3, НСlO4, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
КВr + KВrO2 + H2SO4 Br2 + K2SO4 + Н2О.
152. Реакции выражаются схемами
P + HJO3 + H2O H3PO4 + HJ,
KMnO4 + KNO2 + H2SO4 = MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
153. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:
As3– As5+; N3++ N3–; S2– S°.
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
Na2SO3 + KMnO4+ Н2О Na2SO4 + MnO2 + KOH.
154. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН3, Н3РО4, Н3РО3, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициента в уравнении реакции, идущей по схеме
PbS + HNO3 S + Pb (NO3)2 + NO + H2O.
155. Реакции выражаются схемами.
P+ HNO3 + H2O H3PO4 + NO,
KMnO4 + Na2SO3 + KOH K2MnO4 + Na2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
156. Составьте электронные уравнения и укажете, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:
Мn6+ Мn2–; Cl5+ С1–; N3– N5+.
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
Сu2О + HNO3 Cu(NO3)2 + NO+ H2O.
157 Реакции выражаются схемами.
HNO3 + Ca NH4NO3 + Ca(NO3)2 = H2O,
K2S + KMnO4 + H2SO4 S + K2SO4 + MnSO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
158. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K2Cr2O7, КJ и H2SO3, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
NaCrO2 + PbO2 + NaOH Na2CrO4 + Na2PbO2+ H2O.
159. Реакции выражаются схемами.
H2S + Cl2 + H2O H2SO4 + HCl,
K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
160. Реакции выражаются схемами.
KСlO3 + Na2SO3 КСl + Na2SO4,
KMnO4 + HBr Br2 + KBr + MnBr2 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
161 Реакции выражаются схемами.
P + НlO3 + H2O H3PO4 + HCl,
H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 H3AsO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
162. Реакции выражаются схемами.
NaCrO2 + Br2 + NaOH Na2CrO4 + NaBr + H2O,
FeS + HNО3 Fe (NO3)3 + S + NO + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
163. Реакции выражаются схемами.
HNO3 + Zn N2O+ Zn(NO3)2 + H2O,
FeSO4 + KCIO3 + H2SO4 Fe2 (SO4)3 + КСl + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
164. Реакции выражаются схемами.
К2Сг2O7 + HCl CI2 + CrCI3 + KC1 + H2O,
Au + HNO3 + HCl AuCI3 + NO + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
165. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: a) NH3 и КМnО4; б) HNO2 и HJ; в) НСl и H2Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
KMnO4 + KNO2 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 + K2SO4 +H2O.
166. Реакции выражаются схемами.
HCl + CrO3 Cl2 + CrCl3 + H2O,
Cd + KMnO4 + H2SO4 CdSO4 + K2SO4 + MnSO4 + Н2О.
167. Реакции выражаются схемами.
J2 + NaOH NaOJ + NaJ,
MnSO4 + PbO2 + HNO3 HMnO4 + Pb (NO3)2 + PbSO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
168. Реакции выражаются схемами.
H2SO3 + HC1O3 H2SO4 + HCl,
FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Fe2 (SO4)3 + Cr2 (SO4)3 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
169. Реакции выражаются схемами.
J2 + Cl2 + H2O HJO3 + HCl,
FeCO3 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.
170. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: a) PH3 и НBr; б) K2Cr2O7 и Н3РО3; в) HNO3 и H2S? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
AsH3 + HNO3 H3AsO4 + NO2 + H2O.