5. Окислительно-восстановительные процессы.

5.1 Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными реакциями называют реакции, протекающие с изменением степени окисления (СО) элементов. Степень окисления – это тот условный заряд атома элемента, который вычисляют, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов (как правило, обозначают арабской цифрой, заряд ставят перед цифрой). СО рассчитывается на основании положения, что сумма СО всех атомов, входящих в молекулу равно нулю, а всех атомов , составляющих ион – заряду иона.

Ряд элементов имеют постоянную СО. Например:

Водород Н (за исключением гидридов, где, СО Н = - 1) +1

Щелочные металлы (Nа, К, Li и др.) +1

Металлы 2 группы периодической системы (Са, Zn и т. д.) +2

Металлы 3 группы периодической системы (А1) +3

Кислород О -2

(За исключением ОF₂, где СО кислорода +1; перекисей Н₂О₂, Na₂О₂ и т.д., где СО кислорода – 1).

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Прежде всего необходимо рассчитать степени окисления всех элементов реакции в левой и правой частях уравнения. Для нахождения коэффициентов при составлении окислительно-восстановительных реакций необходимо:

- соблюдение принципа электронного баланса (число электронов, отданных восстановителем (Red) , должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (Ox), например:

Al + O₂  Al₂O₃

Red Ox

4 Al - 3ē = Al³⁺()

3 O₂ + 4ē = 2O²¯

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

В реакциях, протекающих в водных растворах, следует использовать среду (кислую, щелочную, нейтральную). Например, в кислой среде:

K₂Cr₂O₇ + KJ + H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + J₂ + H₂O + K₂SO₄

3 2J^- - 2ē = J₂

1 Cr₂O₇^2- + 6ē + 14H⁺ = 2Cr⁺³ + 7H₂O

Суммарное молекулярное уравнение реакции:

K₂Cr₂O₇ + 6KJ + 7H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + 3J₂ + 7H₂O + 4K₂SO₄

В щелочной среде:

KCrO₂ + KClO₄ + KOH → K₂CrO₄ + KCl + H₂O

8 CrO₂^- - 3ē + 4OH^- → CrO₄^2- + 2H₂O

3 ClO₄^- + 8ē + 4H₂O → Cl^- + 8OH^-

Суммарное молекулярное уравнение реакции

8KCrO₂ + 3KClO₄ + 8KOH → 8K₂CrO₄ + 3KCl + 4H₂O

Среда нейтральная:

KMnO₄ + MnSO₄ + H₂O → MnO₂ + K₂SO₄ + H₂SO₄

3 Mn - 2ē + 2H₂O = MnO₂ + 4H⁺

2 MnO₄ + 3ē + 2H₂O = MnO₂ + 4OH^-

6H₂O + 4H₂O → 12H⁺ + OH^-

2H₂O → 4H⁺

Суммарное молекулярное уравнение реакции:

2KMnO₄ + 3MnSO₄ + 2H₂O = 5MnO₂ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄

Задания 161-180. Составьте электронно-ионные схемы и молекулярные уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель. Для каждого задания по две реакции (а, б):

161. a) Na₂SeO₃ + KBrO + H₂O  Br₂; SeO₄^2-

б) HCl + HNO₃  Cl₂; NO

162. a) Cr₂(SO₄)₃ + Cl₂ + KOH  CrO₄^2-; Cl^-

б) NaNO₂ + KJ + H₂SO₄  NO; J₂

163. a) NaCrO₂ + NaClO + KOH  CrO₄^2-; Cl^-

б) H₂S + SO₂  S; H₂O

164. a) HNO₃ + Ni⁰  N₂O; Ni²⁺

б) SO₂ + Br₂ + H₂O  HBr; H₂SO₄

165. a) K₂Cr₂O₇ + Na₃AsO₃ + H₂SO₄  AsO₄^3-; Cr³⁺

б) KCrO₂ + Cl₂ + KOH  CrO₄^2-; Cl^-

166. a) SO₂ + NaClO₃ + H₂O  SO₄^2-; Cl^-

б) K₂Cr₂O₇ + HCl  Cr³⁺; Cl₂

167. a) KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄  Mn²⁺; SO₄^2-

б) J₂ + Cl₂ + H₂O  JO₃^-; Cl^-

168. SnCl₂ + KBrO₃ + HCl  Sn⁴⁺; Br^-

б) KClO₃ + KCrO₂ + NaOH  CrO₄^2-; Cl^-

169. Ni(OH)₂ + NaClO + H₂O  Ni(OH)₃; Cl^-

б) KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O  MnO₂; SO₄^2-

170. a) MnSO₄ + PbO₂ + H₂SO₄  Pb²⁺; MnO₄^-

б) FeCl₂ + KMnO₄ + H₂SO₄  Fe⁺³; Mn⁺²

171. a) H₃PO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄  Mn⁺²; H₃PO₄

б) MnO₂ + KClO₂ + KOH  MnO₄^2-; Cl^-

172. a) KMnO₄ + NaNO₂ + H₂O  NO₃^-; MnO₂

б) S + HNO₃  SO₂; NO

173. a)H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  S; Cr⁺³

б) KNO₃ + Zn + KOH  ZnO₂^2-; NH₃

174. a) Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH  CrO₄^2-; Cl^-

б) FeCl₂ + HNO₃ + HCl  Fe⁺³; N₂O

175. a) KClO₃ + MnO₂ + KOH  MnO₄^2-; Cl^-

б) Na₃AsO₃ + J₂ + H₂O  AsO₄^3-; J^-

176. a) H₂S + HNO₃  SO₄^2-; Cl^-

б) J₂ + Na₂SO₃ + H₂O  J^-; SO₄^2-

177. a) C + HNO₃  CO₂; NO₂

б) H₂S + Cl₂ + H₂O  SO₄^2-; Cl^-

178. a) SnCl₂ + Na₃AsO₃ + HCl  As; Sn⁺⁴

б) KNO₃ + Zn + NaOH  ZnO₂^2-; NH₃

179. a) Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH  CrO₄^2-; Cl^-

б) KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄  Mn⁺²; SO₄^2-

180. a) Mn(NO₃)₂ + NaBiO₃ + HNO₃  Bi⁺³; MnO₄^-

б) H₂S + Br₂ + H₂O  SO₄^2-; Br^-