 |
Задание для самоконтроля № 4.
|
|
|
|
Выберите процессы окисления и восстановления:
S+4 –2e à S+6; N+5 + 3 e à N+2; N+5 + 3 e à N+2; 2I- - 2 e à I20
Восстановителями называются вещества, атомы или ионы, отдающие электроны. При этом они окисляются, и их степень окисления повышается.
Восстановителями могут быть нейтральные атомы (кроме фтора), отрицательно заряженные несложные ионы и положительно заряженные ионы, которые не проявляют высших степеней окисления, равных номеру группы в соединении.
Примеры частиц и групп частиц, которые преимущественно проявляют восстановительные свойства:
нейтральные атомы неметаллов - Н2, Si, С и металлов;
отрицательно заряженные несложные ионы - Сl-, Br-, I-, S2-;
положительно заряженные ионы - Fe2+, Sn2+, Pb2+ (но не
Fe3+, Sn4+, Pb4+);
некоторые сложные вещества - NH3, РН3, CO (чаще восстановитель).
Окислителями называются вещества, атомы или ионы, принимающие электроны. При этом они восстанавливаются, и их степень окисления понижается.
Окислителями могут быть нейтральные атомы неметаллов и положительно заряженные ионы металлов и неметаллов с высшей положительной степенью окисления, сложные анионы, содержащие атомы элементов в высшей степени окисления. Самые сильные окислители - фтор, кислород, озон, галогены.
+7
Примеры окислителей: F2, Сl2, I2, Br2, O3, O2, Fe3+ , Pb4+, Sn4+, MnO4-,
+6 +5 +6
SO42-, , NO3- , Cr2O72-, KClO3,, HClO4 и ее соли, HСlO и ее соли и другие.
Некоторые вещества способны отдавать и принимать электроны. Тогда говорят об их окислительно-восстановительной двойственности. С одними реагентами (более сильными окислителями, чем рассматриваемое соединение) они проявляют восстановительные свойства, а с другими - проявляют окислительные свойства.
|
|
|
Атомы элементов имеют в таких соединениях промежуточную (среднюю по значению) степень окисления.
+3 +2
Например, NO2- à NO здесь нитрит-анион окислитель
+3 +5
NO2- à NO3 здесь нитрит-анион восстановитель
+4 0
SO2 à S здесь оксид серы (+4) окислитель
+4 +6
SO2 à SО4-2 здесь оксид серы (+4) восстановитель
-1 -2
H2O2 à H2O или
-1 -2
H2O2 à ОH-1 в этих случаях пероксид водорода окислитель
-1 0
H2O2 à O2 здесь пероксид водорода восстановитель
КЛАССИФИКАЦИЯ ОВР
1.Межмолекулярные ОВР - реакции, в которых окислителем и восстановителем являются разные вещества или атомы - окислители и восстановители находятся в разных молекулах. Например,
+4 0 +6 -1
Na2SO3+ Cl2 + H2O à H 2SO4 + 2HCl
0 +1 +2 0
Zn + 2 HCl à ZnCl2 + H2
2.Внутримолекулярные ОВР - реакции, в которых окислителем и восстановителем является одно и то же вещество, т. е., атомы - окислители и восстановители находятся в одной молекулах. Например,
+5 -2 +4 0
2Pb(NO3)2 à 2PbO + 4NO2 + O2
3. Разновидностью внутримолекулярной ОВР является реакция самоокисления - самовосстановления, которая еще называется реакцией диспропорционирования или дисмутации. В результате этой реакции один и тот же элемент, имеющий одну степень окисления в исходном соединении, приобретает разные степени окисления и входит в состав разных веществ. В одном веществе его степень окисления повысилась, а в другом - понизилась. Например,
0 -1 +5
3Cl2 + 6NaOH à5 NaCl + NaClO3 + + 3H2 O
хлорат натрия
+4 +6 -2
4 Na2SO3 à 3 Na2SO4 + Na2S
5. СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОВР
A) МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА.
Может применяться для ОВР, протекающих и в растворах и в газовой фазе и для гетерогенных реакций (для любых случаев).
Метод основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. При этом число отданных и принятых электронов должно быть равно.
Пример 1. Р ассмотрим уравнивание атомов в химическом процессе:
|
|
|
Br2 + F2 + H2O → HF + HBrO3
1. Записываем формулы исходных и конечных продуктов:
Br2 + F2 + H2O → HF + HBrO3
2. Определим степени окисления атомов и подчеркнем те, которые изменяют ее в процессе реакции:
0 0 +1 -2 +1 -1 +1 +5 -2
Br2 + F2 + H2O → H F + H Br O3
3. Выпишем знаки элементов, изменивших степень окисления:
· индексы элементов в простых веществах оставляем на своем месте, а если есть индексы у элементов в сложных веществах, то их записываем как коэффициенты;
· записав индексы, выполняем баланс по атомам (во второй части уравнений ставим коэффициенты 2):
0 +5
Br2 → 2 Br
0 -1
F2 → 2 F
4. Определим, какой элемент отдает электроны, а какой - принимает. (Помним: заряд электрона = -1!). Количество отданных или принятых одним атомом электронов необходимо умножить на количество атомов
(не забывайте, что при переходе от отрицательных значений (-) к положительным (+) и наоборот число проходит через 0):
0 +5
Br2 - (5 ∙ 2) ē → 2 Br
0 -1
F2 + (1 ∙2) ē → 2 F
5. Запишем наименьшее общее кратное (НОК) для количества отданных и принятых электронов. Напомним, что НОК - это наименьшее число, которое нацело делится на оба рассматриваемых числа (результатом деления может быть и единица).
НОК в данном случае равно 10:
0 +5
Br2 - 10 ē → 2 Br
0 -1 10
F2 + 2 ē → 2 F
6. Уравняем число принятых и отданных электронов, умножив уравнения на подходящие коэффициенты, укажем процессы:
0 +5
Br2 - 10 ē → 2 Br ∙1 восстановитель, окисление
0 -1 10
F2 + 2 ē → 2 F ∙ 5 окислитель, восстановление
Числа 1 и 5 - коэффициенты перед окислителем, восстановителем и продуктами их реакции. Количества отданных электронов бромом = числу принятых электронов фтором: 1 ∙ 10 = 5 ∙ 2
7. Подставим полученные коэффициенты в уравнение, прежде проверив правильность составления процессов окисления. Суммируем левые и правые
части уравнений процессов и подсчитываем суммы зарядов слева и справа:
0 0 +5 -1
Br2 + 5 F2 à 2 Br + 10 F
0 +10 - 10 = 0
0 = 0
заряды равны, коэффициенты найдены правильно.
Уравнение выглядит:
Br2 + 5F2 + 6H2O → 10 HF +2 HBrO3
Пример 2. Уравнивание атомов в химическом процессе:
Al + O2 à Al2O3
1. Записываем формулы исходных и конечных продуктов:
|
|
|
Al + O2 à Al2O3
2. Определим степени окисления атомов и подчеркнем те, которые изменяют ее в процессе реакции:
0 0 +3 -2
Al + O2 à Al2O3
 |  | ||
3. Выпишем знаки элементов, изменивших степень окисления:
· индексы элементов в простых веществах оставляем на своем месте, а
если есть индексы у элементов в сложных веществах, то их
записываем как коэффициенты;
· записав индексы, выполняем баланс по атомам
0 +3
Al → 2 Al
0 -2
O2 → 3 O 2 = 3
после выполнения баланса и устных расчетов получаем:
0 +3
2Al → 2 Al
0 -2
3 O2 → 6 O
4. Определим, какой элемент отдает электроны, а какой - принимает. (Помним: заряд электрона = -1!). Количество отданных или принятых одним атомом электронов необходимо умножить на количество атомов.
0 +3
2Al - 6 ē → 2 Al
0 -2
3 O2 + 12 ē → 6 O
5. Запишем наименьшее общее кратное (НОК) для количества отданных и принятых электронов.
НОК в данном случае равно 12
0 +3
2Al - 6 ē → 2 Al
0 -2 12
3 O2 + 12 ē → 6 O
6. Уравняем число принятых и отданных электронов, умножив уравнения на подходящие коэффициенты, укажем процессы:
0 +3
2Al - 6 ē → 2 Al 2 восстановитель, окисление 0 -2 12
3 O2 + 12 ē → 6 O 1 окислитель, восстановление
Числа 1 и 2 - коэффициенты перед окислителем, восстановителем и продуктами их реакции.
7. Подставим полученные коэффициенты в уравнение, прежде проверив правильность составления процессов окисления. Суммируем левые и правые части уравнений процессов и подсчитываем суммы зарядов слева и справа:
0 0 +3 -2
4Al + 3 O2 → 4 Al + 6 O
0 +12 - 12 = 0
0 = 0
4 Al +3O2 à 2Al2O3
В приведенных выше примерах атомы элементов окислителей и восстановителей встречались в левой и правой части уравнения по одному разу. В связи с этим, дополнительные множители мы использовали как коэффициенты перед соответствующими молекулами и подставляли их в уравнение реакции.
Рассмотрим случай, когда хотя бы атомы хотя бы одного из химических элементов, выступающих в роли окислителей и восстановителей, встречаются, в одной части уравнения 2 раза.
|
|
|
Пример 3:
+4 -1 0 +2 -1
MnO2 + HCl + à Cl2 + MnCl2 + H2O
Выполним все действия с 1 по 6 включительно. Расчеты проводим устно. В результате получим запись:
+4 +2
Mn + 2 ē à Mn 1 ок-ль, восст-ие
-1 0 2
2Cl - 2 ē à Cl2 1 восст-ль, ок-ие
- сначала подставляем коэффициенты 1 и 1 перед атомом марганца (он встречается один раз в левой части уравнения и один раз в правой; таким образом, мы закрепили коэффициент 1 перед MnCl2 в правой части уравнения;
- ставим коэффициент 1 перед молекулой Cl2; в левой же части уравнения коэффициент 1 перед HCl ставить нельзя, так как Сl не во всех молекулах соляной кислоты изменил свою степень окисления: часть атомов сохранила степень окисления, равную -1 и приняла участие в солеобразовании хлорида марганца;
- коэффициент перед HCl суммируется из коэффициентов перед Cl2 и MnCl2 правой части уравнения и будет равен 4:
MnO2 + 4 HCl + à Cl2 + MnCl2 + H2O
- затем уравниваем, как обычно, атомы водорода (2 перед молекулой воды):
MnO2 + 4 HCl + à Cl2 + MnCl2 + 2H2O
- проверяем, подсчитывая количество атомов кислорода: 2 = 2
Вывод: коэффициенты расставлены верно.
Пример 4.
Na2SO3 + KM n O4 + H2SO4 à MnSO4 +K2SO4 + Na 2 SO 4 +H 2O
В схеме этой химической реакции мы наблюдаем образование большого количества продуктов. Не надо пугаться таких реакций. Нужно понять, что в растворе все катионы и анионы должны быть хотя бы на время связаны в новые молекулы. Поэтому и для катиона калия, и для катиона натрия, а также изменившего степень окисления - марганца должны быть ионы с противоположным знаком, которыми и являются: сульфат - анионы из серной кислоты и сульфат - анионы, полученные путем окисления сульфит - анионов.
Серная кислота выполняет обеспечение кислой среды: именно в этой среде Mn+7 превращается в Mn+2. .
Произведем уравнивание:
- расставим степени окисления:
+1 +4 -2 +1 +7 -2 +1 +6 -2 +2 +6 -2 +1 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2
Na2 S O3 + K M n O4 + H2SO4 à Mn SO4 +K2SO4 + Na 2 S O 4 +H 2O
S+6 может быть в любом соединении
- составляем электронный баланс:
+7 +2
Mn + 5 ē à Mn 2 ок-ль, восст-ие
+4 +6 10
S - 2 ē à S 5 восст-ль, ок-ие
- проверяем правильность составления баланса:
+7 +4 +2 +6
2Mn + 5S à 2Mn + 5S
+14 + 20 +4 + 30
+34 = +34
Вывод: баланс верен.
- ставим коэффициенты перед веществами окислителем и восстановителем:
коэффициент 5 лучше поставить перед сульфатом натрия, так как сульфит-ион слева также связан с натрием:
5Na2SO3 + 2KM n O4 + H2SO4 à 2MnSO4 +K2SO4 + 5 Na2SO 4 +H2O
Рассмотрим: какой порядок принять при уравнивании других атомов, не изменяющих степени окисления (составлении баланса по атомам):
а) во- первых, нужно уравнять атомы металлов, которые еще не получили свои коэффициенты, в данном случае -это будет К - калий:
|
|
|
видим, что 2 атома калия слева не требуют уравнивания справа, так как в самой молекуле K2SO4 находится 2 атома калия.
5Na2SO3 + 2KM n O4 + H2SO4 à 2MnSO4 +K2SO4 + 5 Na2SO 4 +H2O
б) затем уравниваем атомы серы или все анионы, содержащие этот атом: исключая справа и слева соединения натрия видим, что слева в 2MnSO4 и K2SO4 всего содержится 3 атома серы; ставим 3 перед формулой серной кислоты:
5Na2SO3 + 2KM n O4 + 3H2SO4 à 2MnSO4 +K2SO4 + 5 Na2SO 4 + H2O
в) уравниваем атомы водорода:
5Na2SO3 + 2KM n O4 + 3H2SO4 à 2MnSO4 +K2SO4 + 5 Na2SO 4 + 3H2O
г) подсчитываем количество атомов кислорода слева и справа:
15 + 8 + 12 8 + 4 + 20 + 3
35 = 35
Вывод: коэффициенты поставлены верно.
Таким образом, порядок уравнивания в уравнениях выше приведенного типа следующий:
1. Электронный баланс по атомам, меняющим степени окисления (в том числе водорода и кислорода, если их степени окисления изменяются).
2. Баланс по атомам металлов, не меняющим степени окисления
3. Баланс по атомам, входящим в состав кислотных остатков и не меняющим степени окисления.
4. Баланс по атомам водорода.
5. Проверка баланса по атомам кислорода.
Пример 4. Уравнять
+ 1 + 6 -2 +1 -1 + 3 - 1 0 +1 -1 +1 -2
K2 Cr2 O7 + H Cl à Cr Cl3 + Cl 2 + K Cl + H2O
-составляем электронный баланс:
не забываем сделать обычный баланс по атомам хрома (*)и хлора (*) в полуреакции (*):
+6 +3
*2Сr + 6 ē à *2Cr 1 ок-ль, восст-ие
-1 0 6
* 2Cl - 2 ē à Cl2 3 восст-ль, ок-ие
 |
+6 -1 +3 0
2Сr + 6 Cl à 2Cr + 3Cl2
+12 + (-6) = +6 +6 + 0 = +6
+6 = +6
-ставим коэффициенты перед соединениями с атомами хрома и хлора
K2Cr2O7 + **HCl à 2CrCl3 + 3Cl2 + K Cl + H2O
** коэффициент перед HCl будем ставить позже (ионы хлора идут на солеобразование CrCl3 и KCl)
-уравниваем атомы калия:
K2Cr2O7 + **HCl à 2CrCl3 + 3Cl2 +2 K Cl + H2O
-уравниваем атомы хлора:
K2Cr2O7 + 14HCl à 2CrCl3 + 3Cl2 +2 K Cl + H2O
- уравниваем атомы водорода:
K2Cr2O7 + 14HCl à 2CrCl3 + 3Cl2 +2 K Cl + 7H2O
-проверяем по количеству атомов кислорода: 7 (слева) = 7 (справа)
|
|
|
