УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

Пособие-репетитор по химии

ЗАНЯТИЕ 10
10-й класс (первый год обучения)

Продолжение. Начало см. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11/2006

Окислительно-восстановительные реакции

План

1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР), степень окисления.

2. Процесс окисления, важнейшие восстановители.

3. Процесс восстановления, важнейшие окислители.

4. Окислительно-восстановительная двойственность.

5. Основные типы ОВР (межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирование).

6. Значение ОВР.

7. Методы составления уравнений ОВР (электронный и электронно-ионный баланс).

Все химические реакции по признаку изменения степеней окисления участвующих в них атомов можно разделить на два типа: ОВР (протекающие с изменением степеней окисления) и не ОВР.

Степень окисления – условный заряд атома в молекуле, рассчитанный, исходя из предположения, что в молекуле существуют только ионные связи.

П р а в и л а д л я о п р е д е л е н и я с т е п е н е й о к и с л е н и я

Степень окисления атомов простых веществ равна нулю.

Сумма степеней окисления атомов в сложном веществе (в молекуле) равна нулю.

Степень окисления атомов щелочных металлов +1.

Степень окисления атомов щелочно-земельных металлов +2.

Степень окисления атомов бора, алюминия +3.

Степень окисления атомов водорода +1 (в гидридах щелочных и щелочно-земельных металлов –1).

Степень окисления атомов кислорода –2 (в пероксидах –1).

Любая ОВР представляет собой совокупность процессов отдачи и присоединения электронов.

Процесс отдачи электронов называют окислением. Частицы (атомы, молекулы или ионы), отдающие электроны, называют восстановителями. В результате окисления степень окисления восстановителя увеличивается. Восстановителями могут быть частицы в низшей или промежуточной степенях окисления. Важнейшими восстановителями являются: все металлы в виде простых веществ, особенно активные; C, CO, NH₃, PH₃, CH₄, SiH₄, H₂S и сульфиды, галогеноводороды и галогениды металлов, гидриды металлов, нитриды и фосфиды металлов.

Процесс присоединения электронов называют восстановлением. Частицы, принимающие электроны, называют окислителями. В результате восстановления степень окисления окислителя уменьшается. Окислителями могут быть частицы в высшей или промежуточной степенях окисления. Важнейшие окислители: простые вещества-неметаллы, обладающие высокой электроотрицательностью (F₂, Cl₂, O₂), перманганат калия, хроматы и дихроматы, азотная кислота и нитраты, концентрированная серная кислота, хлорная кислота и перхлораты.

Вещества, содержащие частицы в промежуточной степени окисления, могут выступать как в роли окислителей, так и в роли восстановителей, т.е. проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Это сернистая кислота и сульфиты, хлорноватистая кислота и гипохлориты, пероксиды и др.

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций.

Межмолекулярные ОВР – окислитель и восстановитель входят в состав различных веществ, например:

Внутримолекулярные ОВР – окислитель и восстановитель входят в состав одного вещества. Это могут быть разные элементы, например:

или один химический элемент в разных степенях окисления, например:

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) – окислителем и восстановителем является один и тот же элемент, находящийся в промежуточной степени окисления, например:

ОВР имеют огромное значение, поскольку большинство реакций, протекающих в природе, относятся к этому типу (процесс фотосинтеза, горение). Кроме того, ОВР активно используются человеком в его практической деятельности (восстановление металлов, синтез аммиака):

Для составления уравнений ОВР можно использовать метод электронного баланса (электронных схем) или метод электронно-ионного баланса.

Метод электронного баланса:

Метод электронно-ионного баланса:

Тест по теме «Окислительно-восстановительные реакции»

1. Дихромат калия обработали сернистым газом в сернокислом растворе, а затем водным раствором сульфида калия. Конечным веществом Х является:

а) хромат калия; б) оксид хрома(III);

в) гидроксид хрома(III); г) сульфид хрома(III).

2. Какой продукт реакции между перманганатом калия и бромоводородной кислотой может реагировать с сероводородом?

а) Бром; б) бромид марганца(II);

в) диоксид марганца; г) гидроксид калия.

3. При окислении йодида железа(II) азотной кислотой образуются йод и монооксид азота. Чему равно отношение коэффициента при окислителе к коэффициенту при восстановителе в уравнении этой реакции?

а) 4 : 1; б) 8 : 3; в) 1 : 1; г) 2 : 3.

4. Степень окисления атома углерода в гидрокарбонат-ионе равна:

а) +2; б) –2; в) +4; г) +5.

5. Перманганат калия в нейтральной среде восстанавливается до:

а) марганца; б) оксида марганца(II);

в) оксида марганца(IV); г) манганата калия.

6. Сумма коэффициентов в уравнении реакции диоксида марганца с концентрированной соляной кислотой равна:

а) 14; б) 10; в) 6; г) 9.

7. Из перечисленных соединений только окислительную способность проявляют:

а) серная кислота; б) сернистая кислота;

в) сероводородная кислота; г) сульфат калия.

8. Из перечисленных соединений окислительно-восстановительную двойственность проявляют:

а) пероксид водорода; б) пероксид натрия;

в) сульфит натрия; г) сульфид натрия.

9. Из перечисленных ниже типов реакций окислительно-восстановительными являются реакции:

а) нейтрализации; б) восстановления;

в) диспропорционирования; г) обмена.

10. Степень окисления атома углерода численно не совпадает с его валентностью в веществе:

а) тетрахлорид углерода; б) этан;

в) карбид кальция; г) угарный газ.

Ключ к тесту

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
в	а	а	в	в	г	а, г	а, б, в	б, в	б, в

Упражнения по окислительно-восстановительным реакциям
(электронный и электронно-ионный баланс)

Задание 1. Составить уравнения ОВР с помощью метода электронного баланса, определить тип ОВР.

1. Цинк + дихромат калия + серная кислота = сульфат цинка + сульфат хрома(III) + сульфат калия + вода.

Решение

Электронный баланс:

2. Сульфат олова(II) + перманганат калия + серная кислота = сульфат олова(IV) + сульфат марганца + сульфат калия + вода.

3. Йодид натрия + перманганат калия + гидроксид калия = йод + манганат калия + гидроксид натрия.

4. Сера + хлорат калия + вода = хлор + сульфат калия + серная кислота.

5. Йодид калия + перманганат калия + серная кислота = сульфат марганца(II) + йод + сульфат калия + вода.

6. Сульфат железа(II) + дихромат калия + серная кислота = сульфат железа(III) + сульфат хрома(III) + сульфат калия + вода.

7. Нитрат аммония = оксид азота(I) + вода.

8. Фосфор + азотная кислота = фосфорная кислота + оксид азота(IV) + вода.

9. Азотистая кислота = азотная кислота + оксид азота(II) + вода.

10. Хлорат калия + соляная кислота = хлор + хлорид калия + вода.

11. Дихромат аммония = азот + оксид хрома(III) + вода.

12. Гидроксид калия + хлор = хлорид калия + хлорат калия + вода.

13. Оксид серы(IV) + бром + вода = серная кислота + бромоводородная кислота.

14. Оксид серы(IV) + сероводород = сера + вода.

15. Сульфит натрия = сульфид натрия + сульфат натрия.

16. Перманганат калия + соляная кислота = хлорид марганца(II) + хлор + хлорид калия + вода.

17. Ацетилен + кислород = углекислый газ + вода.

18. Нитрит калия + перманганат калия + серная кислота = нитрат калия + сульфат марганца(II) + сульфат калия + вода.

19. Кремний + гидроксид калия + вода = силикат калия + водород.

20. Платина + азотная кислота + соляная кислота = хлорид платины(IV) + оксид азота(II) + вода.

21. Сульфид мышьяка + азотная кислота = мышьяковая кислота + сернистый газ + диоксид азота + вода.

22. Перманганат калия = манганат калия + оксид марганца(IV) + кислород.

23. Сульфид меди(I) + кислород + карбонат кальция = оксид меди(II) + сульфит кальция +
+ углекислый газ.

24. Хлорид железа(II) + перманганат калия + соляная кислота = хлорид железа(III) + хлор +
+ хлорид марганца(II) + хлорид калия + вода.

25. Сульфит железа(II) + перманганат калия + серная кислота = сульфат железа(III) + сульфат марганца(II) + сульфат калия + вода.

Ответы на упражнения задания 1

* * *

При использовании метода полуреакций (электронно-ионный баланс) следует иметь в виду, что в водных растворах связывание избыточного кислорода и присоединение кислорода восстановителем происходит по-разному в кислой, нейтральной и щелочной средах. В кислых растворах избыток кислорода связывается протонами с образованием молекул воды, а в нейтральных и щелочных – молекулами воды с образованием гидроксид-ионов. Присоединение кислорода восстановителем осуществляется в кислой и нейтральной средах за счет молекул воды с образованием ионов водорода, а в щелочной среде – за счет гидроксид-ионов с образованием молекул воды.

Нейтральная среда:

окислитель + Н₂О = … + ОН^–,

восстановитель + Н₂О = … + Н⁺.

Щелочная среда:

окислитель + Н₂О = … + ОН^–,

восстановитель + ОН^– = … + Н₂О.

Кислая среда:

окислитель + Н⁺ = … + Н₂О,

восстановитель + Н₂О = … + Н⁺.

Задание 2. С помощью метода электронно-ионного баланса составить уравнения ОВР, протекающих в определенной среде.

В н е й т р а л ь н о й с р е д е

1. Сульфит натрия + перманганат калия + вода = ...................... .

2. Гидроксид железа(II) + кислород + вода = ............................... .

3. Бромид натрия + перманганат калия + вода = ......................... .

4. Сероводород + бром + вода = серная кислота + ...................... .

5. Нитрат серебра(I) + фосфин + вода = серебро + фосфорная кислота + .............................. .

В щ е л о ч н о й с р е д е

1. Сульфит натрия + перманганат калия + гидроксид калия = ...................... .

2. Бромид калия + хлор + гидроксид калия = бромат калия + ...................... .

3. Сульфат марганца(II) + хлорат калия + гидроксид калия = манганат калия + ...................... .

4. Хлорид хрома(III) + бром + гидроксид калия = хромат калия + ...................... .

5. Оксид марганца(IV) + хлорат калия + гидроксид калия = манганат калия + ...................... .

В к и с л о й с р е д е

1. Сульфит натрия + перманганат калия + серная кислота = ...................... .

2. Нитрит калия + йодид калия + серная кислота = оксид азота (II) + ...................... .

3. Перманганат калия + оксид азота(II) + серная кислота = оксид азота(IV) + ...................... .

4. Йодид калия + бромат калия + соляная кислота = ...................... .

5. Нитрат марганца(II) + оксид свинца(IV) + азотная кислота = марганцовая кислота +
+ ...................... .

Ответы на упражнения задания 2

В н е й т р а л ь н о й с р е д е

Задание 3. С помощью метода электронно-ионного баланса составить уравнения ОВР.

1. Гидроксид марганца(II) + хлор + гидроксид калия = оксид марганца(IV) + ...................... .

Решение

Электронно-ионный баланс:

2. Оксид марганца(IV) + кислород + гидроксид калия = манганат калия +...................... .

3. Сульфат железа(II) + бром + серная кислота = ...................... .

4. Йодид калия + сульфат железа(III) = ....................... .

5. Бромоводород + перманганат калия = ............................. .

6. Хлороводород + оксид хрома(VI) = хлорид хрома(III) + ...................... .

7. Аммиак + бром = ...................... .

8. Оксид меди(I) + азотная кислота = оксид азота(II) + ...................... .

9. Сульфид калия + манганат калия + вода = сера + ...................... .

10. Оксид азота(IV) + перманганат калия + вода = ...................... .

11. Йодид калия + дихромат калия + серная кислота = ............................. .

12. Сульфид свинца(II) + пероксид водорода = ............................ .

13. Хлорноватистая кислота + пероксид водорода = соляная кислота + ...................... .

14. Йодид калия + пероксид водорода = .............................. .

15. Перманганат калия + пероксид водорода = оксид марганца(IV) + ................................... .

16. Йодид калия + нитрит калия + уксусная кислота = оксид азота(II) + ............................... .

17. Перманганат калия + нитрит калия + серная кислота = ................................. .

18. Сернистая кислота + хлор + вода = серная кислота + ...................... .

19. Сернистая кислота + сероводород = сера + ............................. .

Ответы на упражнения задания 3