Основные типы окислительно-восстановительных реакций (ОВР)

К межмолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах. Например, в реакции алюминия с азотной кислотой:

 

8 Al⁰ + 30 HN⁺⁵O_3разб. = 8 Al⁺³(NO₃)₃ + 3 N⁺¹₂O + 15 H₂O

Al – восстановитель, HNO₃ – окислитель.

 

К внутримолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе:

 

2 KCl⁺⁵O₃^-2 = 2 KCl^-1 + 3 O₂⁰

 

В этой реакции атом хлора (окислитель) и атом кислорода (восстановитель) входят в состав одного и того же вещества KClO₃.

 

Среди внутримолекулярных реакций выделяют реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). Атом одного и того же элемента является и окислителем и восстановителем:

 

Cl₂⁰ + H₂O = HCl⁺¹O + HCl^-1

 

В этой реакции часть атомов хлора восстанавливается, изменяя степень окисления от 0 до -1, а другая часть окисляется от 0 до +1.

Все химические реакции протекают в соответствии с законом сохранения массы и энергии. В ходе окислительно-восстановительных реакций число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (закон сохранения зарядности). Полные уравнения окислительно-восстановительных реакций можно составить с помощью методов: а) электронного и б) электронно-ионного балансов.

а). Метод электронного баланса основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. Сущность этого метода можно уяснить на следующем примере.

Пример. Составить электронные уравнения для реакции, протекающей по схеме:

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

 

1). Расставляем степени окисления атомов.

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2 + H₃⁺¹P ⁺³O₃^-2 + H₂ ⁺¹S⁺⁶O₄^-2 = Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2 + H₃ ⁺¹P⁺⁵O₄^-2 + K₂ ⁺¹S⁺⁶O₄^-2 + H₂ ⁺¹O^-2

2). Выписываем элементы, атомы или ионы которых изменяют степени окисления, такими элементами являются Mn и P.

3). Составляем электронные уравнения, то есть схемы изменения зарядов атомов в левой и правой частях реакции:

P³⁺ - 2e^- ® Р⁵⁺ ½ 5, процесс окисления

Mn⁷⁺ +5e^- ® Mn²⁺ ½ 2, процесс восстановления

4). Общее число электронов, которые присоединяет окислитель, должно быть равно числу электронов, которые отдает восстановитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов - десять. Делим число 10 на число принятых электронов марганцем и на число отданных электронов фосфором, получим коэффициенты: для марганца - 2, а для фосфора – 5.

5). Найденные коэффициенты 2 и 5ставим перед формулами соединений восстановителя и окислителя.

Уравниваем количество ионов калия в правой и левой частях уравнения, подсчитываем число ионов SO₄^2- в правой части, ставим коэффициент 3 перед формулой H₂SO₄ . Уравниваем число атомов водорода в правой части уравнения, ставим коэффициент 3 перед формулой H₂O.

Молекулярное уравнение реакции будет иметь вид:

 

2KMnO₄ + 5H₃PO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5H₃PO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

 

6). Проводим проверку по количеству атомов кислорода. Вступило в реакцию 35 атомов кислорода. В продуктах реакции атомов кислорода 35. Следовательно, реакция записана, коэффициенты расставлены правильно.

 

б). Метод электронно-ионного баланса применим к окислительно-восстановительным реакциям, протекающим в водных растворах. Он основан на составлении электронно-ионных балансов двух полуреакций: одной - для процесса окисления и другой – для процесса восстановления. Затем проводится суммирование этих полуреакций. В результате получается общее ионно-молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции.

Пример. Используя метод электронно-ионного баланса, расставим коэффициенты в уравнении реакции:

 

Cu + HNO₃ (конц.) ® Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O.

 

Решение. Уравнение первой полуреакции – окисление восстановителя:

Cu – 2e^- ® Cu²⁺.

Уравнение второй полуреакции – восстановление окислителя – составили так: ион NO₃^- превращается в NO₂, то есть один атом кислорода в кислой среде связывается с ионами водорода с образованием воды:

NO₃^- + 2H⁺ ® NO₂ + H₂O.

Уравняв число зарядов, получим:

NO₃^- + 2H⁺ + e^- ® NO₂ + H₂O.

Составляем суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Cu – 2e^- ® Cu²⁺ ½ 1

NO₃^- + 2H⁺ + e^- ® NO₂ + H₂O ½ 2

Сu + 2 NO₃^- + 4H⁺ ® Cu²⁺ + 2NO₂ +2H₂O.

Правильность составленного уравнения проверяется по балансу числа атомов и зарядов в левой и правой частях уравнения.

Уравнение реакции в молекулярной форме имеет вид:

 

Сu +4HNO₃ (конц.) ® Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ +2H₂O.

 

Контрольные задания

 

221. Определите, к какому виду окислительно-восстановительных процессов относятся следующие реакции:

а) HCl + KMnO₄ ® KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O;

б) S + HNO₃ ® H₂SO₄ + NO;

в) Cu + HNO₃ (разб.) ® Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O.

С помощью метода электронного баланса расставьте коэффициенты в этих уравнениях.

 

222. Составьтеэлектронные уравнения и расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем.

а) P + HNO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + NO;

б) H₂S + SO₂ ® S + H₂O;

в) Zn + H₂SO₄ (конц.) ® ZnSO₄ + SO₂ + H₂O.

 

223. Определите степени окисления всех компонентов, входящих в состав следующих соединений: H₂S, S, SO₂ , SO₃, H₂SO₄. Какие из веществ являются только окислителями, только восстановителями, и окислителями и восстановителями? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

H₂S + Br₂ + H₂O ® H₂SO₄ + HBr

Укажите окислитель и восстановитель.

 

224. Используя метод электронного баланса, подберитекоэффициенты в уравнениях реакций:

a) KMnO₄ + H₂O + K₂SO₃ ® K₂SO₄+ MnO₂+ KOH;

б) MnO₂ + HCl ® MnCl₂ + Cl₂ + H₂O.

 

225. Укажите реакции, в которых азот окисляется, восстанавливается, не изменяет степени окисления.

а) HNO₂ + Cl₂ + H₂O ® HNO₃+ HCl;

б) С + HNO₃ ® CO₂ + NO + H₂O;

в) NH₄NO₃ + KOH ® NH₄OH + KNO₃.

Составьте уравнения электронного баланса, расставьте коэффициенты.

 

226. Какие из приведенных реакций являются внутримолекулярными?

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите восстановитель, окислитель.

а) KNO₃ ® KNO₂ + O₂;

б) Pb(NO₃)₂ ® PbO₂ + NO + O₂;

в) KClO₃ ® KCl + O₂.

 

227. Какие ОВР относятся к реакциям диспропорционирования? Расставьте коэффициенты в реакциях:

а) KMnO₄ ® K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂;

б) KClO₃ ®^kat KCl + KClO₄.

 

228. Какие соединения и простые вещества могут проявлять только окислительные свойства? Выберите такие вещества из предложенного перечня: NH₃, CO₂, SO₂, KMnO₄, F₂, HNO₃. Составьте уравнение электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

HNO₃ + H₂S ® H₂SO₄ + NO + H₂O.

 

229. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите окислитель, восстановитель.

а) HClO₃+ H₂SO₃ ® HCl + H₂SO₄;

б) H₂S + H₂SO₃ ® S + H₂O.

 

230. Определите, к какому виду ОВР относятся следующие реакции:

а) Cl₂ + KOH ® KCl + KClO₃ + H₂O;

б) K₂Cr₂O₇ + HCl ® CrCl₃ + Cl₂ + H₂O + KCl;

в) S + H₂SO₄ (конц.) ® SO₂ + H₂O.

С помощью метода электронного баланса расставьте коэффициенты в этих уравнениях.

 

231. Определите, к какому типу ОВР относятся процессы, протекающие по схемам:

а) Na₂SO₃ + HCl ® NaCl + SO₂ + H₂O;

б) H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O;

в) Fe₃O₄ + H₂ ® Fe + H₂O.

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите окислитель, восстановитель.

 

232. Составьте электронные уравнения, укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

a) S^-2 ® S⁺⁴; б) Zn⁰ ® Zn⁺²; в) N^-3 ® N⁺⁵.

Используя метод электронно-ионного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH ® Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

Укажите окислитель, восстановитель.

 

233. Исходя из степени окисления хрома, укажите, какие из соединений проявляют только окислительные свойства: Cr, Cr₂O₃, СrO₃, K₂Cr₂O₇. Почему? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

KNO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® KNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O.

Укажите окислитель и восстановитель.

234. Составьте электронные уравнения для реакций, протекающих по схемам:

а) SnO + KMnO₄ + HCl ® SnCl₄ + MnCl₂ + KCl + H₂O;

б) Si + NaOH + H₂O ® Na₂SiO₃ + H₂;

в) Al + H₂O ® Al(OH)₃ + H₂.

К какому виду ОВР относятся эти реакции? Расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель.

 

235. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление - происходит при следующих превращениях:

а) Cl^- ® Cl⁺⁷; б) Mn⁺⁶ ® Mn⁺²; в) K⁰ ® K⁺¹.

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

H₂S + HNO₃ ® H₂SO₄ + NO + H₂O.

 

236. Какие соединения и простые вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства: H₂O₂, H₂S, S, Cl₂, KNO₃? Почему?

С помощью метода электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

Al + HNO₃ (конц.) ® Al(NO₃)₃ + NO₂ + H₂O.

 

237. Определите, к какому виду ОВР относятся следующие реакции:

а) НJ + H₂ SO₄ ® J₂ + H₂S + H₂O;

б) KMnO₄ + H₂O + Na₂S ® S + MnO₂ + KOH +NaOH;

в) HNO₃ ® NO₂ + H₂O +O₂

С помощью метода электронного баланса подберите коэффициенты в этих уравнениях.

 

238. Реакции выражаются схемами:

а) P + KClO₃ ® P₂O₅ + KCl;

б) MnO₂ + HCl ® Cl₂ + MnCl ₂ + H₂O;

в) H₂S + O₂ ® SO₂ + H₂O.

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты. Укажите окислитель, восстановитель.

 

239. Определите степени окисления всех элементов, входящих в соединения: F₂, Cu, HCl, H₂S, KCl, KNO₂. Какие из перечисленных веществ проявляют только восстановительные свойства? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции, укажите окислитель, восстановитель.

KBr + KBrO₃ + H₂SO₄ ® Br₂ + K₂SO₄ + H₂O.

 

240. Определите, к какому типу ОВР относятся процессы, протекающие по схемам:

а) H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O;

б) KJ + Cl₂ ® KCl + J₂;

в) Сu + H₂SO₄ (конц.) ® СuSO₄ + SO₂ + H₂O

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите окислитель, восстановитель.