Факторы, влияющие на протекание окислительно-восстановительных реакции.

 

Характер протекания ОВ реакции зависит от химической природы взаимодействующих веществ и от условий проведения реакции: концентрации реагентов, температуры, наличия катализатора, характера среды.

Влияние концентрации реагента:

Zn + H₂SO_4(разб.)= ZnSO₄ + H₂↑

Zn⁰ - 2e = Zn⁺²

2H⁺ + 2e = H₂⁰

3Zn + 4H₂SO_4(конц.) = 3ZnSO₄ + S + 2H₂O

Zn⁰ - 2e = Zn⁺²

S⁺⁶ + 6e = S⁰

Разбавленная серная кислота является окислителем за счет катиона Н⁺, а концентрированная – за счет атома серы S⁺⁶.

Влияние температуры:

- на холоду

Cl₂⁰ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O

Cl⁰ - e = Cl⁺

Cl⁰ + e = Cl^-

- при нагревании

3Cl₂⁰ + 6KOH = 5KCl^- + KCl⁺⁵O₃ + 3H₂O

Cl⁰ – 5e = Cl⁺⁵

Cl⁰ + e = Cl^-

При нагревании окисление хлора происходит более глубоко (до степени окисления +5), по сравнению с реакцией, протекающей на холоду (до степени окисления +1).

Влияние катализатора:

- без катализатора:

4N^-3H₃ + 3O₂⁰ = 2N₂⁰ + 6H₂O^-2

2N^-3 -6e = N₂⁰

O₂⁰ + 4e = 2O^-2

- с катализатором:

4N^-3H₃ + 5O₂⁰ = 4N⁺²O + 6H₂O

N^-3 – 5e = N⁺²

O₂⁰ + 4e = 2O^-2

Катализатор способствует более глубокому окислению азота в аммиаке.

Влияние характера среды:

- кислая среда:

2KMn⁺⁷O₄ + 5Na₂S⁺⁴O₃ + 3H₂SO₄ = 2Mn⁺²SO₄ + 5Na₂S⁺⁶O₄ + 3H₂O + K₂SO₄

Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺²

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶

- нейтральная среда:

2KMn⁺⁷O₄ + 3Na₂S⁺⁴O₃ +H₂O = 2Mn⁺⁴O₂ + 3Na₂S⁺⁶O₄ + 2KOH

Mn⁺⁷ + 3e = Mn⁺⁴

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶

- щелочная среда:

2KMn⁺⁷O₄ + Na₂S⁺⁴O₃ + 2KOH = 2K₂Mn⁺⁶O₄ + Na₂S⁺⁶O₄ + H₂O

Mn⁺⁷ + e = Mn⁺⁶

S⁺⁴ – 2e = S⁺⁶

Как видно из приведенных реакций, один и тот же окислитель KMnO₄ принимает наибольшее число электронов в кислой среде, где он проявляет наиболее сильные окислительные свойства по сравнению с нейтральной и щелочной средой.

 

Тесты, задания и задачи для самоподготовки

Тесты

1. Укажите соединения, в которых степень окисления атомов азота равна +3:

А. NH₄NO₃ Б. NH₃ В. KNO₂ Г. N₂O Д. HNO₂

2. Чем является в ОВ реакциях

а) окислитель; б) восстановитель?

А. донором электронов; Б. акцептором электронов В. донором Н⁺

Г. акцептором Н⁺ Д. электрофилом Е. нуклеофилом

3. Какие реакции являются окислительно-восстановительными?

А. CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂0

Б. 3C + 4HNO₃ = 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

В. NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Г. 4Zn + 10HNO₃ = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Д. CH₃COOCH₃ + NaOH = CH₃COONa + CH₃OH

4. Что происходит в ходе следующих процессов:

а) окисления; б) восстановления?

А. отдача электронов Б. присоединение электронов В. повышение степени окисления Г. понижение степени окисления Д. постоянство степени окисления

5. Выберите превращения, представляющие собой процессы:

а) окисления; б) восстановления.

А. Н₂ → 2Н⁺ Б. SO₄^2- → SO₃^2- В. ClO^- → Cl^- Г. Al³⁺ → AlO₂^-

Д. NO₂ → NO₃^- Е. NO₂ → NO₂^- Ж. Cr³⁺ → [Cr(OH)₆]^3-

6. Укажите, какие из приведенных ниже частиц могут проявлять свойства: а) только окислителя, б) только восстановителя, в) окислительно-восстановительной двойственности?

А. Zn Б. K₂Cr₂O₇ В. MnO₂ Г. H₂O₂ Д. KJ Е. PbO₂

7. Какие продукты превращения хлора образуются в ОВ реакциях, в которых хлор является:

а) окислителем, б) восстановителем?

А. KClO Б. HCl В. Cl₂O Г. KClO₃ Д. KCl

8. В каких реакциях простые вещества образуются за счет процессов: а) отдачи электронов, б) присоединения электронов, в) ОВ диспропорционирования?

А. KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + O₂ + …

Б. H₂O₂ + KJ → J₂ + KOH

В. H₂O₂ → H₂O + O₂

Г. NaH + H₂O → NaOH + H₂

Д. Li + H₂O → LiOH + H₂

9. Укажите тип следующих ОВ реакций:

а) межмолекулярная, б) внутримолекулярная, в) диспропорционирования

А. 2Mg + O₂ = 2MgO

Б. Cl₂ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O

В. NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

Г. (NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

Д. 4HCl + MnO₂ = Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

 

Задания

1. Какие элементы в периодической системе являются типичными восстановителями? Как это связано со строением их атомов?

2. Какие элементы в периодической системе являются типичными окислителями? Как это связано со строением их атомов?

3. Определите степень окисления атома хрома в следующих молекулах и ионах: Cr₂O₃, CrCl₂, CrO₄^2-, K₂Cr₂O₇, [Cr(OH)₆]^3-, CrO₃

4. Закончите уравнения следующих ОВ реакций, в которых окислителем является KMnO₄ в кислой, нейтральной или щелочной среде. Расставьте коэффициенты:

а) KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + A + Б + В

б) KMnO₄ + SO2 + H₂O → MnO₂ + А + Б

в) KMnO₄ + NaNO₂ + KOH → K₂MnO₄ + А + Б

г) KMnO₄ + H₂O₂ → MnO₂ + А + Б + В

д) KMnO₄ + C₂H₂ + H₂SO₄ → CO₂ + А + Б + В

5. Определите, окислителем или восстановителем является NaNO₂ в следующих ОВ реакциях? Закончите уравнения реакций и расставьте коэффициенты:

а) NaNO₂ + Na₂SO₃ + H₂SO₄→ NO + А + Б

б) NaNO₂ + H₂O₂→ NaNO₃ + А

в) NaNO₂ + NaJ + H₂SO₄ → J₂ +А + Б + В

г) NaNO₂ + FeSO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + А + Б + В

 

Задачи

78. Определите процентный состав смеси железа с магнием, если при взаимодействии 4 г этой смеси с соляной кислотой выделяется 2,24 л водорода (н.у.)

79. Вычислите объем (н.у.) сернистого газа, поглощенного водным раствором перманганата калия, если при этом образовался 1 моль серной кислоты.

80. При взаимодействии меди со смесью соляной и азотной кислот образовалось 4,7 г нитрата меди (II). Вычислите объем (н.у.) выделившегося газа, плотность которого по водороду равна 15.

81. При действии избытка оксида марганца (IV) на 34,5 мл раствора соляной кислоты (ρ = 1,19 г/мл) выделился такой объем хлора, что его хватило на вытеснение 12,7 г йода из раствора иодида калия. Определите массовую долю соляной кислоты в растворе.

Некоторые ОВ реакции

 

Окислительные свойства:

а) перекиси водорода:

H₂O₂ + 2KJ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + J₂ + 2H₂O

H₂O₂ + 2FeSO₄ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O

б) сернистой кислоты:

2H₂S + H₂SO₃ = 3S↓ + 3H₂O

в) нитритов:

6KJ + 2NaNO₂ + + 4H₂SO₄ = 3J₂ + Na₂SO₄ + N₂↑ + 3K₂SO₄ + 3H₂O

г) азотной кислоты:

Cu + 4HNO_3(kon.)= Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Na₂S + 8HNO_3(k) = Na₂SO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

3HgS + 2HNO₃ + 6HCl = 3S + 2NO + 3HgCl₂ + 4H₂O

3SnS + 8HNO₃ = 2NO + 3S + 3Sn(NO₃)₂ 4H₂O

д) нитратов:

2KNO₃ + 3C + S = K₂S + 3CO₂ + N₂

е) дихромата калия в кислой среде:

K₂Cr₂O₇ + 3Na₂SO₃ + 4H₂SO_4(p) = Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

K₂Cr₂O₇ + 3Na₂S + 7H₂SO_4(p) = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 7H₂O

K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO_4(p) = Cr₂ (SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

ж) диоксида марганца:

MnO₂ + 4HCl = Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

з) перманганата калия в кислой среде:

2KMnO₄ + 10KJ + 8H₂SO_4(p) = 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 5J₂ + 8H₂O

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO_4(p) = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO_4(p) = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O

и) перманганата калия в нейтральной среде:

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + K₂SO₄ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

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

2KMnO₄ + 6KJ + 4H₂O = 2MnO₂ + 3J₂ + 8KOH

к) перманганата калия в щелочной среде:

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

л) кислорода:

ZnS + 1,5O₂ = ZnO + SO₂

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

м) серной кислоты (к)

8Na + 5H₂SO_4(k) = 4Na₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

2HBr + H₂SO_4(k) = SO₂ + Br₂ + 2H₂O

3H₂S+ H₂SO_4(k) = 4S + 4H₂O

 

Восстановительные свойства:

а) галогенидов:

2KBr + Cl₂ = 2KCl + Br₂

10KJ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5J₂ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

б) сульфидов:

2KMnO₄ + 5H₂S + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5S + K₂SO₄ + 8H₂O

в) сернистой кислоты:

J₂ + H₂SO₃ + H₂O = H₂SO₄ + 2HJ

г) нитритов:

2KMnO₄ + 5NaNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5NaNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

д) нитритов в нейтральной среде:

2KMnO₄ + 3KNO₂ + H₂O = 2MnO₂ + 3KNO₃ + 2KOH

д) олова (II):

2KMnO₄ + 5SnCl₂ + 16HCl = 2MnCl₂ + 5SnCl₄ + 2KCl + 8H₂O

е) хрома (III):

Cr₂(SO₄)₃ + 3Br₂ + 16NaOH = 2Na₂CrO₄ + 6NaBr + 3Na₂SO₄ + 8H₂O

2Cr(OH)₃ + 3Br₂ + 10NaOH = 2Na₂CrO₄ + 6NaBr + 8H₂O

2KCrO₂ + 3Br₂ + 8KOH = 2K₂CrO₄ + 6KBr + 4H₂O

2KMnO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O = 2MnO₂ + K₂CrO₄ + H₂CrO₄ + 3H₂SO₄

ж) перекиси водорода:

MnO₂ + H₂O_{2 +} H₂SO₄ = MnSO₄ + O₂ + 2H₂O

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5O₂ + K₂SO₄ + 8H₂O