Окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Под степенью окисления (n) понимают тот условный заряд атома, который вычисляется, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов.

Процесс отдачи электронов называется процессом окисления и сопровождается повышением степени окисления. И, наоборот, процесс присоединения электронов называется процессом восстановления и сопровождается понижением степени окисления. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.

Например:

HNO₃ – N⁺⁵, H₂SO₄ – S⁺⁶ – проявляют только окислительные свойства.

(NO₂) – N⁺⁴, (SO₂) – S⁺⁴ – проявляют окислительные и восстановительные свойства.

(NH₃) – N^-3, (H₂S) – S^-2 – проявляют только восстановительные свойства.

 

При окислительно-восстановительных реакциях валентность атомов может и не меняться. Например, в окислительно-восстановительной реакции H₂+Cl₂=2HCl валентность атомов водорода и хлора до и после реакции равна единице, изменилась их степень окисления. Валентность определяет число связей, образованных данным атомом, и поэтому знак не имеет. Степень же окисления имеет знак плюс или минус.

Типы окислительно-восстановительных реакций.

 

 

S⁰+O⁰₂=S⁺⁴O^–2₂                                   2KСlO^–2₃=2KCl^–+3O⁰₂

В-ль Ок-ль

Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).

 

 

Окислителем и восстановителем является один и тот же элемент

 

                                     Cl⁰₂+H₂O=HCl^-+HCl⁺O

                            Хлор и ок-ль и восст-ль

Примеры решения задач.

Пример 1. Составьте электронные уравнения окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме: KMn⁺⁷O₄+H₃P⁺³O₃+H₂SO₄=Mn⁺²SO₄+H₃P⁺⁵O₄+K₂SO₄+H₂O.

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

5 P⁺³-2e=P⁺⁵ – восстановитель окисляется

2 Mn⁺⁷+5e=Mn⁺² – окислитель восстанавливается.

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов – десять (10), разделив это число на 5, получаем коэффициент – 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид:

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

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах, удобно использовать ионно-электронный метод (метод полуреакций). Этот метод основан на составлении уравнений полуреакций восстановления иона (молекулы) окислителя и окисления иона (молекулы) восстановителя, с последующим суммированием этих реакций.

 

Пример 2. Методом электронно-ионного баланса найдите коэффициенты в следующей реакции:

KMnO₄+H₃PO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₃PO₄+K₂SO₄+H₂O.

Решение:

1) определить ионы (молекулы), которые участвуют в процессе окисления-восстановления;

2) составить электронные уравнения для каждой полуреакции, учитывая, что суммарный заряд в левой части уравнения должен быть равен суммарному заряду в правой части уравнения:

MnO_{4 (окислитель)}+8H⁺+5e=Mn²⁺+4H₂O – восстановление,

PO^3–_{3 (восстановитель)}+H₂O–2e=PO^3–₄+2H⁺ – окисление;

3) находим коэффициенты для восстановителя и окислителя:

2 MnO_{4 (окислитель)}+8H⁺+5e=Mn²⁺+4H₂O

10

5                        PO^3-_{3 (восстановитель)}+H₂O–2e=PO^3–₄+2H⁺

 

4) суммируем электронные уравнения, предварительно умножив на коэффициенты:

2MnO₄+16H⁺+5PO^3–₃ +5H₂O=2Mn²⁺+8H₂O+5PO^3–₄+10H⁺;

5) сокращаем подобные члены:

2MnO₄+6H⁺+5PO^3-₃ =2Mn²⁺+3H₂O+5PO^3-₄;

6) составляем молекулярное уравнение:

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

Задания для контрольной работы

  241. Исходя из степени окисления хлора в соединениях HClO, HClO₃, HClO₄, определите, какой из них является только окислителем, только восстановителем, какой может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: 

                       KBr+KBrO₃+H₂SO₄→Br₂+K₂SO₄+H₂0                                                                        

  242. Реакция выражается схемами:

                                    P+HIO₃+H₂0→H₃PO₄+HI

                                    H₂S+Cl₂+H₂O→H₂SO₄+HCl

     Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакции. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, а какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

  243. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановления происходит при следующих реакциях:

                            As^3-→As⁵⁺; N³⁺→N^3-; S^2-→S⁰

  На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакции, идущих по схеме:

             Na₂SO₃+KMnO₄+H₂0→NaSO₄+MnO₂+KOH                                                                             

  244. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях PH₃, H₃PO₄, H₃PO₃, определите, какой 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:

                    PbS+HNO₃→S+Pb(NO₃)₂+NO+H₂O

245. См. условия задачи 122.

                        P+HNO₃+H₂O→H₃PO₄+NO

             KMnO₄+Na₂SO₃+KOH→K₂MnO₄+Na₂SO₄+H₂O

246. Составьте электронное уравнение и укажите, какой процесс- окисление или восстановление- происходит при следующих превращениях:

                   Mn^6-→Mn²⁺; Cl⁵⁺→Cl^-; N^3-→N⁺⁵

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

                   Cu₂O+HNO₃→Cu(NO₃)₂+NO+H₂O

247. См. условия задачи 242.

            HNO₃+Ca→NH₄NO₃+Ca(NO₃)+H₂O

            K₂S+KMnO₄+H₂SO₄→S+K₂SO₄+MnSO₄+H₂O

248. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K₂Cr₂O₇, KI, H₂SO₃, определите, какой 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→NaCrO₄+Na₂PbO₂+H₂O

249. См. условия задачи 242.

                      H₂S+Cl₂+H₂O→H₂SO₄+HCl

            K₂Cr₂O₇+H₂S+H₂SO₄→S+Cr₂(SO₄)₃+K₂SO₄+H₂O

250. См. условия задачи 242.

              KClO₃+Na₂SO₃→KCl+Na₂SO₄

            KMnO₄+HBr→KBr+MnBr₂+H₂O

251. См. условия задачи 242.

           P+HClO₃+H₂O→H₃PO₄+HCl

         H₃AsO₃+KMnO₄+H₂SO₄→H₃AsO₄+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O

252. См. условия задачи 242.

         NaCrO₂+Br₂+NaOH→NaCrO₄+NaBr+H₂O

         FeS+HNO₃→Fe(NO₃)₂+S+NO+H₂O

253. См. условия задачи 242.

           HNO₃+Zn→N₂O+Zn(NO₃)₂+H₂O

           FeSO₄+KClO₃+H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+KCl+H₂O

  254. См. условия задачи 242.

           K₂Cr₂O₇+HCl→Cl₂+CrCl₃+KCl₃+H₂O

           Au+HNO₃+HCl→AuCl₃+NO+H₂O

  255. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) NH₃ и KMnO₄; б) HNO₂ и HI; в) HCl и H₂Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнение реакции, идущей по схеме:

   KMnO₄+KNO₂+H₂SO₄→MnSO₄+KNO₃+K₂SO₄+H₂O

256. См. условия задачи 242.

              HCl+CrO₃→Cl₂+CrCl₃+H₂O

        Cd+KMnO₄+H₂SO₄→CdSO₄+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O

257. См. условия задачи 242.

           Cr₂O₃+KClO₃+KOH→K₂CrO₄+KCl+H₂O

      MnSO₄+PbO₂+HNO₃→HMnO₄+Pb(NO₃)₂+PbSO₄+H₂O

258. См. условия задачи 242.

           H₂SO₃+HClO₃→H₂SO₄+HCl

     FeSO₄+K₂Cr₂O₇+H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+Cr₂(SO₄)+K₂SO₄+H₂O

259. См. условия задачи 242.

             I₂+Cl₂+H₂O→HIO₃+HCl

    K₂Cr₂O₇+H₃PO₃+H₂SO₄→Cr₂(SO₄)₃+H₃PO₄+K₂SO₄+H₂O

260. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) PH₃ и HBr; б) K₂Cr₂O₇ и H₃PO₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнение реакции, идущей по схеме:

               AsH₃+HNO₃→H₃AsO₄+NO₂+H₂0