Тема 6. Окислительно-восстановительные
реакции Литература: [1] c. 251-258; [2] с. 264-272; [3] c.214-219
Теоретические основы Реакции, в результате которых изменяются степени окисления элементов, называются окислительно-восстанови-тельными. Окисление - это процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления элемента. Восстановление - это процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления элемента. Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем, а вещество, содержащее восстанавливающийся элемент, - окислителем («восстановитель окисляется, окислитель восстанавливается»). Степенью окисления называется условный заряд атома в соединении, рассчитанный из предположения, что все связи в нём ионного типа. При расчёте степеней окисления нужно учитывать следующее. 1. В простых веществах степени окисления элементов всегда равны нулю: Feo, P4o, Heo, O2o, N2o, H2o, Co. 2. Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1: H+1Cl, H+12O, NaOH+1, а в соединениях с металлами - -1: NaH-1, Ca H-12. 3. Кислород в соединениях характеризуется степенью окисления -2: FeO-2, P2O-25, H2SO-24, Ca(NO-23)2. Исключение составляют пероксиды (H+12О-12, Ва+2О-12) и фторид кислорода (О+2F-12). 4. Элементы главных подгрупп I, II и III групп периодической системы имеют постоянные степени окисления, равные номеру группы: Na+1Cl, Mg+2O, Al+32(SO4)3. 5. Сумма положительных и отрицательных «зарядов» на всех атомах в молекуле равна нулю. Для элементов с непостоянной степенью окисления её значение можно подсчитать по формуле соединения. Определим в качестве примера степень окисления серы в H2S, SO2, SO3, H2SO3, H2SO4. Обозначим её через c. Зная, что степень окисления водорода равна +1, а кислорода -2, получим:
H2S c(S) + 2(+1) = 0, откуда c(S) = -2 SO2 c(S) + 2(-2) = 0, откуда c(S) = +4 SO3 c(S) + 3(-2) = 0, откуда c(S) = +6 H2SO3 c(S) + 2(+1) + 3(-2) = 0, откуда c(S) = +4 H2SO4 c(S) + 2(+1) + 4(-2) = 0, откуда c(S) = +6 Окислительно-восстановительные свойства веществ зависят от величин степеней окисления входящих в него атомов. Атом в высшей степени окисления может только отдавать электроны, то есть может быть только окислителем (S+6 + 2 S+4 - 2 А в реакции SO2 + Н2S ¾® So + Н2О оксид серы (IV) проявляет свойства окислителя, подвергаясь восстановлению: S+4 + 4 Кислород проявляет положительную степень окисления только в соединении со фтором, поэтому нулевая сте- пень окисления для кислорода практически является максимальной. Следовательно, свободный кислород может быть только окислителем и подвергаться восстановлению: Oo2 + 4 Коэффициенты в уравнении окислительно-восстанови-тельной реакции можно расставить с помощью метода электронного баланса. Метод основан на том, что общее число электронов, отдаваемых восстановителями и принимаемых окислителями в одной и той же реакции должно быть одинаковым. При этом рекомендуется придерживаться следующих правил. 1. Для данной схемы реакции определить окислитель и восстановитель, подсчитав степени окисления элементов до и после реакции. Например, в реакции, протекающей по схеме KMn+7O4 + Na2S+4O4 + H2SO4 ¾® ¾® Mn+2SO4 + Na2S+6O4 + K2SO4 + H2O изменяют степень окисления только марганец и сера.
2. Составить электронные уравнения процессов окисления и восстановления: Mn+7 + 5 S+4 - 2
Mn+7 + 5
2 Mn+7 + 5 S+4 ¾® 2 Mn+2 + 5 S+6 Такая процедура получила название «составление электронного баланса». 4. Найденные коэффициенты подставить в уравнение реакции: 2KMnO4 + 5Na2SO3 + H2SO4 ® 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + H2O 5. Подобрать остальные коэффициенты в следующем порядке: - перед соединениями, содержащими атомы металлов (в данном примере 1 перед K2SO4); - перед формулой вещества, создающего среду в растворе (в нашем случае перед формулой H2SO4 необходим коэффициент 3, так как на связывание ионов Mn+2 и К+ идёт три моля кислоты); - перед формулой воды - по числу атомов водорода (3). 6. Проверить правильность расстановки коэффициентов, подсчитав суммарное число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения. Нередко ограничиваются подсчётом числа атомов кислорода в исходных веществах и продуктах реакции. Окончательный вид уравнения: 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 ═ 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O Окислительно-восстановительные реакции подразделяются из три типа: 1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции. В таких реакциях обмен электронами происходит между различными молекулами разных веществ. К этому типу относятся выше приведённая реакция, а также следующий пример: +2
-2
2. Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции. В таких реакциях окислитель и восстановитель входят в состав одного вещества. Например: +6
3. Реакции диспропорционирования (реакции самоокисления-самовосстановления). В таких реакциях молекулы одного и того же вещества взаимодействуют друг с другом как окислитель и восстановитель. Диспропорционированию подвергаются подвергаются вещества, содержащие атомы в промежуточной степени окисления, например: +2
3K2Mn+6O4 + 2H2O ═ 2KMn+7O4 + Mn+4O2 + 4KOH
Задачи 101 - 120 Для реакций, схемы которых указаны ниже, составьте уравнения методом электронного баланса. Укажите типы реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое - восстановителем и почему.
С х е м ы р е а к ц и й 101. K2Cr2O7 + SO2 + H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O S + NaOH ® Na2S + Na2SO4 + H2O
102. KClO3 + MnO2 + KOH ® K2MnO4 + KCl + H2O HgO ® Hg + O2
103. FeCO3 + KMnO4 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + CO2 + MnSO4 + + K2SO4 + H2O Cl2 + KOH ® KCl + KClO3 + H2O
104. Zn + HNO3 ® NH4NO3 + Zn(NO3)2 + H2O HNO2 ® HNO3 + NO + H2O
105. Ca3(PO4)2 + SiO2 + C ® CaSiO3 + CO2 + P PCl3 + Cl2 ® PCl5
106. HJ + KMnO4 + H2SO4 ® J2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O NaClO ® NaClO3 + NaCl
107. AsH3 + AgNO3 + H2O ® H3AsO4 + Ag + HNO3 H2O2 ® H2O + O2 108. Cr + NaNO3 + NaOH ® Na2CrO4 + NaNO2 + H2O K2SO3 ® K2SO4 + K2S
109. KMnO4 +H3PO3 +H2SO4 ® H3PO4 +MnSO4 + K2SO4 + H2O NO2 + H2O ® HNO2 + HNO3
110. K2Cr2O7 +H3PO3 +H2SO4 ®H3PO4 +Cr2(SO4)3+K2SO4+ H2O AgNO3 ® Ag + NO2 + O2
111. KMnO4 + HCl ® MnCl2 + KCl + Cl2 + H2O P + H2O ® H3PO3 + PH3 112. NaCrO2 + H2O2 + NaOH ® Na2CrO4 + H2O Pb(NO3)2 ® PbO + NO2 + O2 113. AsH3 + HNO3 ® H3AsO4 + NO2 + H2O FeSO4 ® Fe2O3 + SO2 + SO3
114. KMnO4 + Na2SO3 + KOH ® K2MnO4 + Na2SO4 + H2O NH4NO3 ® N2O + H2O 115. K2Cr2O7 + H2S +H2SO4 ® S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O NH3 ® N2 + H2
116. K2Cr2O7 + HCl ® CrCl3 + KCl + Cl2 + H2O KOH + Se ® K2Se + K2SeO3 + H2O
117. MnO2 + K2CO3 + KNO3 ® K2MnO4 + KNO2 + CO2 H2MnO4 ® HMnO4 + MnO2 + H2O
118. KMnO4 +H3AsO3 +H2SO4 ®H3AsO4 +MnSO4+K2SO4 +H2O KBrO ® KBrO3 + KBr 119. PbS + HNO3 ® S + Pb(NO3)2 + NO + H2O KMnO4 ® K2MnO4 + MnO2 + O2
120. MnSO4 +HNO3+PbO2 ®HMnO4 +Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O HNO3 ® NO2 + O2 + H2O
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|