Окислительно–восстановительные реакции

Окислительно–восстановительными (ОВ) реакциями называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов входящих в состав молекул реагирующих веществ.

В зависимости от степени окисления (высшая, низшая или промежуточная) ионы могут проявлять различные свойства в ОВ реакциях.

При составлении правых частей уравнений ОВ реакций удобно использовать основные переходы ионов.

Таблица 6.1.

Важнейшие восстановители

Восстановитель	Окисленная форма
SO3^2- (Na2SO3) NO2^-^- (KNO2) S^2-, H2S (K2S) Cl^-, Br^-, J^- (HCl, HBr, HJ) Fe^2+ (FeSO4) CrO2^- (KCrO2)	SO4^2- (Na2SO4) NO3^- (KNO3) S^0 Cl2, Br2, J2 Fe^3+, Fe2(SO4)3 CrO4^2- (K2CrO4)

 

Таблица 6.2.

Важнейшие окислители

Окислитель	среда	рН	Восстановленная форма
KMnO4 малиновый	H2SO4 H2O КОН	рН<7 рН=7 рН>7	Mn^2+(MnSO4) бесцветный MnO2 бурый MnO4^2-(K2MnO4) зеленый
Сr2O7^2-(K2CrO7) H2SO4 рН<7 Cr2(SO4)3 Оранжевый HCl рН<7 Сr^+3 серо-фиолетовый CrCl3
CrO4^2-(K2CrO4) KOH рН>7 CrO2^-(KCrO2) зеленый

Таблица 6.3.

Взаимодействие металлов с серной и азотной кислотами

кислота	Активные металлы Li – Zn	Малоактивные металлы Sn, Pb	Пассивирую щиеся Металлы Fe, Co, Ni, Al	Неактивные металлы (Cu – Ag)
Продукты ОВ реакции
H2SO4 разб.	Соль + H2	Соль + H2	Соль + H2	-
H2SO4 конц.	Соль+ H2S (S)	Н2SnO3+SO2 H2 [Pb(SO4)2 ]+SO2	Me2O3+SO2	Соль+SO2
HNO3 конц.	Соль+NO2	Соль (Pb)+NO2 Н2SnO3+ NO2	Me2O3+NO2	Соль+NO2
HNO3 разб.	Соль+N2O	Соль+NO	Соль+NO	Соль+NO
HNO3 разб.	Соль+ NH4NO3	-	-	-

Электронный метод используется для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в твердой или газообразной фазе.

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах, удобнее пользоваться электронно-ионным методом.

Таблица 6.4.

Электронно-ионным метод

Среда	окислитель	восстановитель
Кислая рН<7	MnO4^- + 8H^+ + 5e^-= Mn^2+ + 4H2O H2O2 + 2H^+ +2e^-= 2H2O	SO3^2-+ H2O – 2e^-= SO4^2-+ 2H^+ H2O2 – 2e^- = O2 + 2H^+
Щелочная рН>7	ClO3^- + 3H2O + 6e^-= Cl^- + 6OH^- H2O2 + 2e^- = 2OH^-	SnO2^2-+ 2OH – 2e^-= SnO3^2- + 2H2O H2O2 + 2OH^- - 2e^-= O2 + 2H2O
Нейтральная рН=7	MnO4^- + 2H2O + 3e^-= MnO2 + 4OH^- H2O2 + 2e^- = 2OH^-	NO2^- + H2O – 2e^-= NO3^- + 2H^+ H2O2 – 2e^- = O2 + 2H^+

Подробный теоретический материал представлен в лекции по данной теме,

имеющийся на кафедре.

 

Опыт 6.1. Восстановительные свойства металлов (демонстрационный)

6.1.1. В две пробирки набирают понемногу разбавленной серной кислоты (1:3) и кладут одну кусочек цинка, а во вторую – медную проволоку. Что наблюдается в каждой пробирке? Составьте молекулярные уравнения и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

 

6.1.2. В пробирку кладут медную проволоку, наливают осторожно 1мл концентрированной серной кислоты. Укрепив пробирку в держалке, слегка нагревают в вытяжном шкафу, держа ее отверстие внутрь шкафа. После этого пробирке дают охладиться. Содержимое вливают в стакан с небольшим количеством воды. На молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

6.1.3. В пробирку кладут кусочек цинка, приливают 1мл концентрированной

серной кислоты. Пробирку укрепляют в держателе и осторожно нагревают в вытяжном шкафу, держа ее отверстие внутрь шкафа. Опускают полоску фильтрованной бумаги, смоченной раствором ацетата свинца. На что указывает почернение бумажки? Составьте уравнение реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

Опыт 6.2. Окислительные свойства дихромата калия.

Подкисленный серной кислотой раствор дихромата калия разлейте в две пробирки. К раствору в первой пробирке прибавьте избыток раствора сульфата натрия. К раствору во второй пробирке – немного крахмального клейстера и иодида калия. Какие визуальные изменения происходят в обеих пробирках? Составьте молекулярное уравнение реакций и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель. Какие свойства в ОВ реакциях проявляет дихромат-ион? Почему?

 

 

Опыт 6.3. Влияние реакции среды на протекание окислительно-восстановительных реакций.

6.3.1. К подкисленному серной кислотой раствору перманганата калия добавьте раствор сульфата натрия. Как изменился цвет раствора? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций.

 

6.3.2. Проделать эту же реакцию без подкисления. Как в этом случае изменится цвет раствора? Какое вещество выпало в осадок? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

 

6.3.3. К сильно щелочному раствору сульфита натрия прибавить раствор перманганата калия. Как изменится цвет раствора? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

 

Опыт 6.4. Окислительно – восстановительная двойственность нитрит ионов.

6.4.1. К подкисленному серной кислотой раствору перманганата калия добавьте, до обесцвечивания и дальнейшего слабого побурения, раствор нитрата натрия. Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

6.4.2. К подкисленному серной кислотой раствору иодида калия добавьте несколько капель раствора нитрата натрия. Что наблюдается? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

Опыт 6.5. Окислительно-восстановительная двойственность сульфит ионов.

6.5.1. Налейте в пробирку перманганат калия и добавьте избыток сернистой кислоты. Что наблюдается? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

 

6.5.2. В пробирку с раствором сернистой кислоты добавьте немного сероводородной воды. Что наблюдается? Напишите молекулярное уравнение и электронно-ионные уравнения полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель.

 

 

Упражнения

Закончите уравнение реакций и подберите к ним коэффициенты с помощью электронно-ионного баланса.

1. KMnO₄ + HCl =

 

2. K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ =

 

3. KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ =

 

4. K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ + H₂SO₄ =

 

5. K₃AsO₃ + Zn + HCl = AsH₃ ­+

 

6. P + HNO₃ + H₂O = H₃PO₄ + NO

 

7. KCrO₂ + Br₂ + KOH =

 

8. Cu₂O + HNO₃(разб.) =

 

9. Sn + НNO₃ = H₂SnO₃ + NO₂ + H₂O

 

10. Cu₂S + HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + H₂SO₄ + NO + H₂O

 

Задачи № 353, 355, 357, 359, 361.

Лабораторная работа 7