Il Окислители и восстановители Окислительно-восстановительными называют…

Il Окислители и восстановители

Окислительно-восстановительными называют реак­ции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Именно окислительно-восстановительные реакции ле­жат в основе жизнедеятельности организма, с ними свя­заны процессы дыхания и обмена веществ в живых ор­ганизмах, фотосинтез в растениях, их используют для получения металлов, кислот, солей и других ценных продуктов. Реакции электролиза и коррозии также от­носятся к окислительно-восстановительным. Наконец, эти реакции лежат в основе работы гальванических эле­ментов, аккумуляторов и топливных элементов, превра­щающих химическую энергию в электрическую.

Окисление С точки зрения электронной теории — процесс отдачи электронов атомами, молекулами или ионами:

Mg → Mg2+ + 2ё

H2 → 2H+ + 2ё
Cr2+ -→ Cr3+ + Ё
2Br -→ Br2 + 2ё

При окислении степень окисления элемента повы­шается.

Восстановление — Процесс присоединения электро­на атомом, молекулой или ионом:

P + Зё → P3

F2 + 2ё → 2F
MnO — + Ё -* MnO2-
Mn3+ + Ё→ Mn2+

При восстановлении степень окисления элемента по­нижается.

Восстановитель — Элемент, отдающий электроны (или вещество, содержащее такой элемент). Восстано­витель в ходе реакции окисляется.

Окислитель — Элемент, принимающий электроны (или вещество, содержащее такой элемент). Окислитель в ходе реакции восстанавливается.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Все окислительно-восстановительные реакции при­нято делить на четыре типа.

1. Реакции межмолекулярного окисления-восста­новления. В Подобных реакциях восстановитель и окис­литель — разные химические элементы, находящиеся в разных реагентах, например:

2Ca + O2 = 2СаО

Восстано — окислитель витель

4HC1 + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2H2O восстанови — окислитель

Тель

2. Реакции внутримолекулярного окисления и вос­становления. В Этих реакциях окислитель и восстано­витель — разные химические элементы, но входящие в состав одного вещества, например:

(N^3H4)2Cr+2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O

Восстанови — окислитель

Тель

3. Реакции диспропорционирования. Так называ­ются реакции, в которых и окислитель, и восстанови­тель — один и тот же химический элемент, входящий в состав одного вещества:

3C1° + 6K0H = 5KCΓ1 + KCf5O3 + 3H2O

Здесь хлор в степени окисления 0 является и окис­лителем (понижая степень окисления до -1), И восста­новителем (повышая степень окисления до +5). Недаром раньше подобные реакции называли реакциями само­окисления-самовосстановления.

4. Реакции сопропорционирования*. Реакции сопро- порционирования являются обратными по отношению к реакциям диспропорционирования и являются частным случаем реакций межмолекулярного окисления-восста­новления. Примером такой реакции может быть взаи­модействие хлорида аммония и нитрита натрия, лежа­щее в основе лабораторного способа получения азота:

N 3H4Cl + NaN+3O2 → NaCl + N° + 2H2O

Восстано — окислитель витель

Типичные восстановители и окислители

К типичным восстановителям Могут быть отнесены:

— простые вещества — металлы (наиболее сильные восстановители из них — щелочные и щелочно­земельные);

— некоторые простые вещества — неметаллы (на­пример, водород и углерод);

— производные элементов в низших или невысо­ких степенях окисления (например, H2S, SO2, СО, CH4, HI, NH3, H3PO3, SnCl2, FeCl2);

— многие органические соединения (альдегиды, спир­ты, муравьиная и щавелевая кислоты, глюкоза).

К Типичным окислителям Относятся:

— галогены;

— кислород O2, озон O3, пероксиды (H2O2);

— производные элементов в высшей или достаточно высокой степени окисления (например, KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, PbO2);

Реакции диспропорционирования и сопропорционирования иногда называют реакциями дисмутации и конмутации.

— кислородные соединения галогенов (C12O, ClO2, КСЮ, KClO3).

Очевидно, что элемент в высшей степени окисления может проявлять только окислительные свойства, в то время как элемент в низшей степени окисления — толь­ко восстановительные. Производные в промежуточной степени окисления могут быть как окислителями, так и восстановителями, например:

2Fe(OH)3 + 6HI = FeI2 + I2 + 6H2O
2Fe(OH)3 + 3C12 + IOKOH =

== 2K2FeO4 + 6КС1 + 8H2O

Видно, что в первой реакции железо(1П) проявляет свойства окислителя и восстанавливается до железа(П), в то время как во второй — свойства восстановителя, окисляясь до железа(У1).

Подбор коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций

Для подбора коэффициентов в сложных уравнени­ях окислительно-восстановительных реакций на пер­вых порах используют в основном метод электронного баланса. Его суть заключается в том, что число элек­тронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Покажем на примере, как это можно сделать.

Пусть необходимо расставить коэффициенты в урав­нении реакции, схема которой:

P + HNO3 → H3PO4 + NO

1. Находим элементы, изменившие степень окисле­ния. В данном примере это фосфор и азот.

Элемент	Степень окисления в исходных веществах	Степень окисления в продуктах
P	О	+5
N	+5	+2

2. Атом фосфора в степени окисления 0 в ходе реак­ции превращается в фосфор в степени окисления +5, от­давая 5 электронов. Атом азота в степени окисления +5 превращается в азот в степени окисления +2, принимая 3 электрона. Сказанное кратко записываем в виде схемы:

P0- 5ё → P+5

N+5 + Зё → N+2

Следовательно, фосфор (0) — восстановитель, азот (+5) — окислитель:

P0- 5ё → P+5процесс окисления

Восстановитель

N+5 + Зё→ N+2процесс восстановления окислитель

3. Для того чтобы число электронов, отданных фос — фором(О), было бы равно числу электронов, принятых азотом(+5), необходимо всю первую строчку умножить на 3, а вторую на 5:

3 I P0- 5ё→ P+5

5 I N+5 + Зё→ N+2

4. Найденные главные коэффициенты переносим в схему реакции:

ЗР + 5HNO, → 3H, PO, + 5NO
О If 4

5. Подсчёт числа атомов водорода показывает, что в левой части уравнения имеется 5 атомов водорода, а в правой — 9. Следовательно, в левую часть уравнения не­обходимо добавить 4 атома водорода. Сделать это мож­но, только добавив в левую часть 2 молекулы воды:

ЗР + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

6. Окончательная проверка правильности расстав­ленных коэффициентов проводится по числу атомов кислорода: и в левой части уравнения, и в правой час­ти уравнения одинаковое число атомов кислорода (17), что говорит о правильности подбора коэффициентов.

Задания

Часть 1

К каждому из заданий части 1 даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный.

1. К Окислительно-восстановительным относится реак­ция:

1) H2 + O2 → H2O

2) H2SO4 + SO3 → H2S2O7

3) K2Cr2O7 + KOH → K2CrO4 + H2O

4) H9Cr9O7 + KOH -* K9CrO4 + H9O

2. К окислительно-восстановительным относится реакция:

1) Cl2O + KOH → KClO + H2O

2) SO3 + H2SO4 → H2S3O10

3) BaO2 + H2SO4-,∙ BaSO4 + H2O2

4) BaO9 + H9SO4 -* BaSO4 + H9O + O2 z 4 4 4 4 4 4

3. В какой из представленных реакций сера является восстановителем?

1) S + O2 → SO2

2) S + Ca → CaS

3) SO3 + Na2O -* Na2SO4

4) H2S + PbO → PbS + H2O

4. Окислительно-восстановительной является реакция, уравнение которой:

1) CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 ÷ CO2

2) BaSO3 = BaO + SO2

3) CuCl2 + Zn = ZnCl2 + Cu

4) CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

5. Окислительно-восстановительной Не являетсяРеак­ция:

1) 2Na + Cl2 = 2NaCl

2) 2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2НС1

3) Zn + 2HC1 = ZnCl2 + H2

4) Fe + S = FeS

6. Реакции, уравнение которой

4NH3 + 5O2t⅛≡≡-= 4NO + 6H2O,

Соответствует схема превращения азота:

1) N^3 → ЬГ2

2) N+3 -→ N+2

3) N+3 -→ N^3

4) N^3 → N+2

7. В Какой реакции оксид cepu(IV) является восстано­вителем?

1) SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O

2) SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O

3) SO2 + H2O H2SO3

4) 2SO2 + O2 ÷± 2SO3

8. В Реакции оксида хрома(Ш) с алюминием восстано­вительные свойства проявляет

1) Cr+3 3) О’2

2) Al0 4) Cr0

9. Только восстановительные свойства проявляет

1) фосфор

2) бром

3) магний

4) сера

При выполнении заданий выберите правиль­ные ответы. Установите соответствие.

10. К окислительно-восстановительным относятся реакции:

1) Cl2O7 + H2O → HClO4

2) Cl2 + H2O → HCl + O2

3) Cl2 + H2O → HCl + HClO

4) MnO2 + HF → MnF4 + H2O

5) MnO2 + CaO → CaMnO3

Ответ: .

11. Процессы окисления представлены схемами:

1) N3" → N2

2) Cl2 → СГ

3) O9 → О2’

4) S*^ → S6+

5) Fe2+ → Fe0

Ответ: .

12. Азотная кислота является окислителем в реакциях,

Схемы которых:

1) HNO3 + KOH → KNO3 + H2O

2) HNO3 + Fe(OH)3 → Fe(NO3)3 + H2O

3) HNO3 + Fe(OH)2 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

4) HNO3 + Ba(CH3COO)2 → Ba(NO3)2 + CH3COOH

5) HNO, + SO9 → H9SO. + NO9 Ответ: .

13. Серная кислота является окислителем в реакциях, схемы которых:

1) H2SO4 + KOH → KHSO4 + H2O

2) H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O

3) H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2

4) H2SO4 + Mg → MgSO4 + H2S + H2O

5) H2SO4 + ZnS → ZnSO4 + H2S Ответ: .

14. Серная кислота является окислителем в реакциях, схемы которых:

1) H2SO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 + H2O

2) H2SO4 + Al → Al2(SO4)3 + H2

3) H2SO4 + FeS → FeSO4 + H2S

4) H2SO4 + KNO3 → KHSO4 + HNO3

5) H9SO4 + C → CO9 + SO9 + H9O

Ответ: .

15. Одновременно и окислительные, и восстановитель­ные свойства хлор проявляет в реакциях:

1) Cl2 + H2 → HCl

2) Na + Cl2 → NaCl

3) H2S + Cl2 → HCl + S

4) Cl2 + H2O → HCl + нею

5) KOH + Cl2 → KCl + KClO3 + H2O Ответ: .

16. Фосфор проявляет свойства окислителя в реакциях:

1) O2 + P → P2O5

2) P + Mg → Mg3P2

3) Al + P → AlP

4) P + Cl2 → PCl5

5) P + Br2 -* PBr3 Ответ: .

17. Сероводород проявляет свойства окислителя в реак­

Циях:

D 2)	H2S + O2 → H2S + O2-*	H2O + S H2O + SO2
3)	H2S + Fe →	H2 + FeS
4)	H2S + Na →	Na2S + H2
5)	H2S + Cl2 →	HCl + S

Ответ: _______________

18. Установите соответствие между уравнением реак­ции и веществом-окислителем, участвующим в дан­ной реакции.

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬ

А)	2N0 + 2H2 = N2 + 2H2O	1)	H2
Б)	H2 + 2K = 2КН	2)	NO
В)	4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O	3)	N2
Г)	4NH3 + 6N0 = 5N2 + 6H2O	4)	NH3
		5)	θ2

А	Б	В	Г

19. Установите соответствие между схемой химической реакции и изменением степени окисления окислите­ля в ней.

ИЗМЕНЕНИЕ
СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ
ОКИСЛИТЕЛЯ

A) Cu + HNO,. . → ‘ З(Конц)	D 2)	Cu+2 → Cu0 n÷3 → Nfl
	→ Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
Б)	NH NO9’→ N9 + H9O	3)	N+5 → N+4
В)	CuO + NH3 →	4)	N-3 → Nfl
	→ Cu + N2 + H2O	5)	Cu0 -→ Cu+2
Г)	NaNO3 → NaNO2 + O2	6)	N+5 -→ N+3

А	Б	В	Г