1619

5

1.BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + HCl

2.Zn + H2SO4(к) = ZnSO4 + SO2↑ + H2O

3.CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

4.K2Cr2O7 + H2O = K2Cr2O4 + H2CrO4

5.Cl2 + H2O = HCl + HClO

6.FeSO4 + Ag2SO4 = Ag↓ + Fe2(SO4)3

7.Fe2O3 + HCl = FeCl3 + H2O

Для аргументированного ответа на вопрос надо вспомнить понятие

«степень окисление» атома в соединении.

Степень окисление (окислительное число) атомов в соединение – это заряд, который мог бы иметь атом, если бы общая электронная пара связи двух атомов была бы полностью смещена к наиболее электроотрицательному атому.

В соединениях с ионным характером связей степень окисления атомов совпадает с зарядом по величине с зарядом простого иона. Для соединений с ковалентным характером связей понятие «Степень окисления» условное, но очень полезно и удобно при составлении уравнений окислительно-

восстановительных реакций.

Окисление какого-либо вещества сопровождается увеличением степени окисления атомов хотя бы одного из элементов, входящих в его состав.

Восстановление сопровождается уменьшением степени окисления.

2. Правила определения степени окисления атомов в соединениях

Степень окисления атомов в простых веществ принимается равной

Степень окисления атомов кислорода во всех соединениях, кроме

пероксидов и оксида фтора, принимается «-2»:

В молекулах пероксидов, например в H2O2, степень окисления

кислорода «-1». В оксиде фтора степень окисления кислорода «+2».

Степень окисления атомов водорода во всех соединениях, кроме гидридов металлов, «+1». В гидридах, например NaH степень окисления «-1».

Степень окисления фтора во всех соединениях «-1».

Nа+, Fe2+. В кислотных остатках степени окисления всегда отрицательны Cl-, S-2.

Степени окисления других атомов рассчитывают, исходя из того, что в молекуле алгебраическая сумма степеней окисления атомов равна нулю. В

молекулярном ионе сумма положительных и отрицательных степеней окисления атомов равна заряду иону.

Задание 2. Рассчитайте степени окисления (С.О.) атомов азота в соединениях: N2 ; NH3 ; N2O ; NH4+ ; NO3-; NO2- ; N2O3 ; NO2 ; N2O5.

Какова валентность азота в молекулах N2 ; NH3 ; ионе NH4+ ?

Задание 3. Рассчитайте степени окисления атомов хлора в соединениях: Cl2 ; HCl ; HСlO ; HСlO2 ; HСlO3 ; HСlO4

Итак, формальным признаком, по которому реакцию можно отнести к окислительно-восстановительным, является изменение степеней окисления атомов взаимодействующих соединений.

3. Электронно-ионный метод составления уравнений реакций окисления-восстановления (метод полуреакций)

Правила составления уравнений:

1. На основании схемы реакции в молекулярной форме записывают ионную схему реакции. В неё включаются только окислители,

восстановители, ионы, обуславливающие характер среды, и молекулы воды.

7

Атомы окислителя и восстановителя записывают в ионном уравнении в составе доминирующей формы существования вещества в водных растворах:

сильные электролиты – в виде ионов, слабые электролиты, неэлектролиты и труднорастворимые соединения – в виде молекул.

Для реакции

KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O

Ионная схема:

MnO4- + H2C2O4 + H+ → Mn2+ + CO2 + H2O

2. Делят суммарное химическое уравнение на две полуреакции:

восстановление окислителя MnO4- → Mn2+ и окисление восстановителя

H2C2O4 → CO2

В каждой полуреакции сначала уравнивают число атомов окислителя или восстановителя, вводя числовые коэффициенты.

Уравнивают число кислорода в левой и правой частях уравнений полуреакций. Для этого добавляют молекулы воды к той части уравнения,

которая содержит меньше атомов кислорода: MnO4-→ Mn2+ + 4 H2O

H2C2O4 → 2CO2

Уравнивают число атомов водорода в обеих частях уравнений:

добавляют ионы H+ к той части уравнения, где атомов водорода меньше: MnO4- + 8H+ → Mn2+ + 4 H2O

H2C2O4 → 2CO2 + 2H+

Уравнивают заряды в обеих частях уравнений: добавляют электроны к той части, где алгебраическая сумма зарядов ионов выше:

MnO4- + 8H+ +5ē→ Mn2+ + 4 H2O

H2C2O4 – 2 ē → 2CO2 + 2H+

Если реакция происходит в нейтральном или щелочном растворе,

удаляют из уравнения все ионы H+, добавляя к каждой части уравнения эквивалентное количество ионов гидроксида (OH-). Объединяют ионы H+ и

OH- в молекулы H2O .

марганца MnO2:

MnO4- + 4H+ + 3ē → MnO2↓ + 2H2O

MnO4- + 4H+ + 4OH- + 3ē → MnO2↓ + 2H2O + 4OH- MnO4- + 4H2O + 3ē → MnO2↓ + 2H2O + 4OH- MnO4- + 3H2O + 3ē → MnO2↓ + 4OH-

3. Объединяют сбалансированные уравнения полуреакций. Если число электронов в полуреакциях неодинаковое, то уравнивают их, умножив коэффициенты в уравнениях полуреакциях на множители. Множитель для полуреакции восстановления окислителя равен числу электронов, отданных восстановителем. Множитель для полуреакций окисления восстановителя равен числу электронов, принятых окислителем.

Для реакций между перманганат ионом и щавелевой кислотой в кислой среде:

2 MnO4- + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O 5 H2C2O4 – ē = 2CO2 + 2H+

2MnO4- + 6Н+ + 5H2C2O4 = 2 Mn2+ + 10CO2 + 6H2O

Задание 4. Если усвоена техника подбора коэффициента в уравнениях реакций окисления-восстановления, то на составление уравнения реакции,

приведённой ниже

Cu(SCN)тв + IO3- + HCl → Cu2+ + SO42- + HCN + ICl2- +Н2О

вам потребуется около 3 минут. Проверьте себя!

Задание 5. Используя справочные таблицы и учебники, запишите уравнения полуреакций наиболее распространенных окислителей: O2; O3; F2; Cl2; I2; H2O2; KMnO4; K2Cr2O7; HNO3 и восстановителей: H2; H2S; Fe2+; Na2SO3; Na; K; Zn; Al; H2C2O4. Расположите окислители в ряд по возрастанию окислительной способности, а восстановители – в ряд по уменьшению окислительной способности. Следует обратить внимание на то, как влияет

9

характер среды на состав продуктов окислителя и восстановителя исходных

веществ.

4.Классификация окислительно-восстановительных реакций

Взависимости от того, находятся ли атомы, выполняющие в реакции функцию окислителя и восстановителя в одном или в различных веществах,

все окислительно-восстановительные процессы можно разделить на три типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и диспропорционирования

В межмолекулярных (межатомных) реакциях окислительные функции выполняют одни вещества, а восстановительные – другие.

Например, в реакции H2S + Cl2 = S + HCl электроны от восстановителя

–молекулы сероводорода – переходят к окислителю – молекуле Cl2.

Вреакциях внутримолекулярного окисления-восстановления одна часть молекулы – окислитель, другая – восстановитель. Примерами могут служить реакции термического разложения вещества:

2NO2 = 2NO + O2 (NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + H2O

Реакции диспропорционирования - самоокисления-самовосстановления

- протекают с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления атомов одного и того же элемента. Они характерны для соединений или простых веществ, состоящих из промежуточных степеней окисления данного элемента:

KBrO → KBrO3 + KBr Н3РО3 = Н3РО4 + РН3

Задание 6. Составьте уравнения реакций (подберите коэффициенты методом полуреакций) на основании приведённых схем:

Найдите окислители и восстановители в каждой реакции. К какому типу реакций окисления-восстановления относятся эти реакции?

10

Задание 7. В качестве одного из реагентов - восстановителей для очистки сточных вод цехов металлопокрытых автомобильных заводов от Cr (6)

используют сульфит натрия (Na2SO3). Рассчитайте, какой объем 20%-ного раствора сульфита натрия (ρ =1,12 г/см3) надо добавить на каждый кубический метр сточной воды, содержащей 0,1 г Cr2O72-/л, для восстановления бихромат-иона до Cr3+. Схема реакции в ионном виде:

Cr2O72- + SO32- + H+ → Cr3+ + SO42- + H2O

Ответ: 260,3 мл.

Окислительно-восстановительные процессы одинаково важны для природы и человеческой деятельности: фотосинтез, происходящий в растениях, обмен веществ в организме человека и других существ, горение топлива, получение металлов из руд, работа гальванических элементов,

коррозия металлов, электролиз. В водоподготовке для обеззараживания воды,

разрушения органических веществ, снижения её цветности с конца 19 века используют обработку вод хлором (Cl2), хлорной известью (CaOCl2),

гипохлоритами (соли хлорноватистой кислоты HClO). Их бактерицидное действие сводится к окислению и хлорированию цитоплазмы бактериальных клеток. В последние годы для этих целей принимают озон (O3). Реакции окисления-восстановления используют в аналитической химии для идентификации и определения количественного содержания различных веществ в природных и производственных объектах.

Лабораторная работа №1 Окислительно-восстановительные свойства соединений марганца и хрома

Цель работы: изучить реакции, характеризующие окислительно-

восстановительные процессы с участием соединений марганца и хрома в зависимости от рН среды.