Тема 6. Окислительно-восстановительные реакции. Электролиз расплавов и растворов.

Занятие 38. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

& Вопросы для самостоятельной подготовки

1. Окислительно-восстановительные реакции, их классификация: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Медико-биологическая роль ОВР.

2. Важнейшие окислители и восстановители.

3. Составление уравнений окислительно-восстановительный реакций методом электронного баланса.

4. Влияние среды на характер протекания ОВ реакций.

Типовые упражнения с решениями

Задача № 1

Используя метод электронного баланса, составьте уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций: FeS+O₂ ; P + HNO₃ + H₂O .

Решение:

1. О₂ – окислитель, восстанавливается до О^-2, а Fe⁺² и S^-2 – восстановители, окисляются до Fe⁺³ и S⁺⁴, следовательно, можно записать следующие продукты: FeS + O₂  Fe₂O₃ + SO₂

Записываем электронный баланс:

О₂ +4е = 2О^–2 7 окислитель, восстановление

Fe⁺² – 1е = Fe⁺³ 4 восстановитель, окисление

S^–2 – 6е 7е = S⁺⁴

4FeS + 7O₂ = 4SO₂ + 2Fe₂O₃

2. N⁺⁵ – окислитель, восстанавливается до N⁺², Р – восстановитель, окисляется до Р⁺⁵.

Р + HNO₃ + Н₂О  NO + Н₃РО₄

N⁺⁵ + 3e = N⁺² 5

Р – 5е = Р⁺⁵ 3

3Р + 5HNO₃ + 2H₂O = 5NO + 3H₃PO₄

Задача № 2

Чему равен коэффициент перед формулой продукта окисления в реакции, схема которой: Fe₃O₄ + HNO₃  Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O.

Решение:

1. Fe₃O₄ – смешанный оксид , поэтому степень окисления железа равна +8/3:

2. Определяем степени окисления атомов всех элементов в схеме реакции:

,

из которой теперь видно, что продуктом окисления является Fe(NO₃)₃.

3. Составляем схемы процессов окисления и восстановления

N⁺⁵ + 3 N⁺² 1 восстановление, окислитель

3Fe^+8/3 – 1 3Fe⁺³ 3 окисление, восстановитель

N⁺⁵ + 9Fe^+8/3 = N⁺² + 9Fe⁺³

4. Подставив найденные коэффициенты в схему реакции, получаем уравнение: 3Fe₃O₄ + 28HNO₃ = 9Fe(NO₃)₃ + NO + 14H₂O,

из которого видно, что коэффициент перед продуктом окисления – 9.

Ответ: 9.

Задача № 3

Используя метод электронно-ионного баланса составьте полные уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:

1) KClO₃ + HCl ; 2) Si + NaOH + H₂O; 3) KNO₂ + KMnO₄ + H₂O.

Решение:

1. В уравнении (1) KClO₃ – окислитель, восстанавливается до Cl₂;

Cl^– – восстановитель, окисляется до Cl₂.

2. Записываем схему реакции: KClO₃ + HCl KCl + Cl₂ + H₂O.

3. Составляем уравнения процессов окисления и восстановления с учетом характера среды:

2ClO + 12H⁺ + 10 = Cl₂ + 6H₂O 1

2Cl^– – 2 = Cl₂ 5

2ClO + 12H⁺ + 10Cl^– = 6Cl₂ + 6H₂O.

Внимание! В левой части уравнения процесса окисления взято два хлорид-иона, т.к. продуктом окисления является двухатомная молекула Cl₂. Все коэффициенты в полученном молекулярно-ионном уравнении кратны 2, поэтому запишем уравнение в следующем виде:

ClO + 6H⁺ + 5Cl^– = 3Cl₂ + 3H₂O.

4. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение реакции:

KClO₃ + 6HCl = KCl + 3Cl₂ + 3H₂O.

5. В уравнении (2) H₂O – окислитель, восстанавливается до H₂;

Si – восстановитель, окисляется в щелочной среде до SiO:

Si + NaOH + H₂O Na₂SiO₃ + H₂.

6. Составляем уравнения процессов окисления и восстановления:

2H₂O + 2 = H₂ + 2OH 2

Si + 6OH– 4 = SiO + 3H₂O 1

4H₂O + Si + 6OH = 2H₂ + 4OH + SiO + 3H₂O,

приводим подобные члены:

H₂O + Si + 2OH= 2H₂ + SiO.

7. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение реакции:

Si + 2NaOH + H₂O = 2H₂ + Na₂SiO₃.

8. В уравнении (3) MnO– окислитель, восстанавливается в нейтральной среде до MnO₂; NO– восстановитель, окисляется до NO.

9. Записываем схему реакции: KNO₂ + KMnO₄ + H₂O MnO₂ + KNO₃.

10. Составляем уравнения процессов окисления и восстановления, приводим подобные:

MnO + 2H₂O + 3 = MnO₂ + 4OH 2

NO + H₂O – 2 = NO + 2H⁺ 3

2MnO + 3NO + 7H₂O = 2MnO₂ + 3NO +

11. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение реакции:

3KNO_{2 +} 2KMnO₄ + H₂O = 2MnO₂ + 3KNO₃ + 2KOH.

Упражнения и задачи для самостоятельного решения.

1. Разделите вещества H₂SO₄, NH₃, HCl, KMnO₄, FeSO₄, Na, H₂, HNO₂, HClO₄, H₂O₂, F₂ на 3 группы: а) вещества, проявляющие только окислительные свойства; б) вещества, проявляющие только восстановительные свойства; в) вещества, проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства.

2. Укажите, какие из перечисленных веществ могут проявлять только окислительные свойства (свойства катионов не учитывать): K₂Cr₂O₇, H₂O₂, KМnO₄, HCl_(конц.), HNO_3(разб.), Cl₂, SO₂, HBr.

3. Определите степень окисления атома хрома в следующих молекулах и ионах: Cr₂O₃; K₂Cr₂O₇; KCr(SO₄)₂; CrO; [Cr(OH)₆]^3–; CrO₃.

4. Расположите вещества в порядке возрастания их окислительных свойств: K₂MnO₄, MnO₂, KMnO₄, Mn₂O₃, MnCl₂, Mn.

5. Какую роль в окислительно-восстановительных реакциях могут выполнять а) H₂SO₄ и H₂S (за счет атомов серы); б) K₂Cr₂O₇, Cr и CrCl₃ (за счет атомов хрома)? Ответ поясните.

6. Какую роль в окислительно-восстановительных реакциях могут выполнять следующие ионы: Cl,Fe²⁺, S^2-, NO,SO,Cu²⁺?

7. Расположите ионы в порядке уменьшения их восстановительных свойств: F^–, At^–, Cl^–, I ^–, Br ^–.

Дополнительные задания

1. Подберите коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса. Определите тип окислительно-восстановительных реакций:

NH₃ + O₂ NO + H₂O; KClO₃ KCl + O₂;

H₂S + O₂ SO₂ + H₂O; Cl₂ + KOH KCl + KClO₃ + H₂O.

2. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции. Укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления: NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

3. Расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления: Al + HNO₃ Al(NO₃)₃ + N₂ + H₂O; S + NaOH Na₂S + Na₂SO₃ + H₂O; SO₂ + I₂ + H₂O Н₂SO₄ + HI.

4. Окисление сероводорода водным раствором дихромата калия протекает в кислой среде по схеме:

К₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O.

5. Какой объем сероводорода (н.у.) прореагирует с 250 мл 0,25М раствора дихромата калия? Какая масса серы при этом образуется?

(Ответ: 4,2 л; 6 г)

1. Технический сульфит натрия массой 10 г растворили в воде и добавили 40 г раствора с массовой долей перманганата калия 7,9%. Реакция протекает в присутствии серной кислоты. Определите массовую долю сульфита натрия в техническом образце. (Ответ: 63%)

1. Какая масса оксида марганца (IV) и какой объем раствора соляной кислоты с массовой долей HCl 24% (пл.=1,12 г/мл) были израсходованы для получения хлора, если при действии его на раствор иодида калия образовалось 25,4 г йода? (Ответ: 8,7 г; 54,3 мл)

8. При растворении в соляной кислоте смеси железа и магния массой 10,4 г выделилось 6,72 л водорода (н.у.). Найдите массу каждого металла в смеси. (Ответ: 5,6 г Fe; 4,8 г Mg)

9. На 10,4 г смеси алюминия и оксида алюминия подействовали раствором гидроксида натрия. Выделившийся газ сожгли и получили 7,2 г воды. Определить массовые доли компонентов в смеси.

(Ответ: 69,2% Al; 30,8% Al₂O₃)