Пример 2.

Почему хлор способен к реакциям самоокислениясамовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишите реакцию растворения хлора в едком натре.

Решение.

Степень окисления хлора в молекуле равна нулю, т. е. имеет промежуточное значение между (–1) и (+1, +3, +5, +7) в соединениях. Поэтому один атом хлора в молекуле присоединяет к себе электрон от другого атома, другой отдает. В результате один атом хлора окисляется (степень окисления повышается), а другой восстанавливается (степень окисления понижается). Распишем электронные уравнения и на их основе уравнения реакций.

Электронные уравнения:

Cl₂⁰ – 2 = 2Cl⁺¹ – окисление ,

Cl₂⁰ + 2 = 2Cl^–1 – восстановление.

Уравнения реакции растворения хлора в щелочи:

2NaOH + Cl₂ = NaClO + NaCl + H₂O.

Пример 3.

На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции взаимодействия серы с азотной кислотой, учитывая, что сера окисляется максимально, а азот восстанавливается минимально.

Решение.

Определим, какие вещества могут образовываться в результате реакции. Сера в своих соединениях проявляет следующие степени окисления: (–2, +2, +4, +6). Максимальная степень окисления (+6), она реализуется в следующих соединениях: серной кислоте, триоксиде серы и сульфатах. В кислой среде образуется серная кислота.

Для азота характерны степени окисления (–3, +1, +2, +3, +4, +5). В азотной кислоте степень окисления равна (+5), а так как азот восстанавливается минимально, то он принимает один электрон и приобретает степень окисления (+4). Устойчивым соединением азота с такой степенью окисления является NO₂.

Электронные уравнения:

6 | S⁰ – 6 = S⁺⁶ – окисление,

1 | N⁺⁵ +1 =N⁺⁴ – восстановление.

Уравнение реакции взаимодействия серы с азотной кислотой

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O.

Пример 4.

Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

C  Al₄C₃  CH₄  CO₂  H₂CO₃.

При каких превращениях происходят окислительно-восстановительные реакции?

Решение.

Уравнения реакций:

1. 3C + 4Al = Al₄C₃.

2. Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄.

3. CH₄ + 2O₂ = CO₂ +2H₂O.

4. CO₂ + H₂O = H₂CO₃.

Определим степени окисления углерода в соединениях:

C – (0), Al₄C₃ – (–4), CH₄ – (–4), CO₂ – (+4), H₂CO₃ – (+4).

Степень окисления углерода изменяется в реакциях 1 и 3, следовательно, они являются окислительно-восстановительными.

Пример 5.

К раствору, содержащему нитраты алюминия и висмута, добавили избыток раствора едкого калия. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций. Какое вещество находится в осадке?

Решение.

Степень окисления алюминия и висмута в нитратах равна (+3). При действии едкого калия протекают реакции:

Al(NO₃)₃ + 3KOH = Al(OH)₃ + 3KNO₃,

Al³⁺ + 3NO₃^– + 3K⁺ + 3OH^– = Al(OH)₃ + 3K⁺ + 3NO₃^–,

Al³⁺ + 3OH^– = Al(OH)₃,

Bi(NO₃)₃ + 3KOH = Bi(OH)₃ + 3KNO₃,

Bi³⁺ + 3NO₃^– + 3K⁺ + 3OH^– = Bi(OH)₃ + 3K⁺ + 3NO₃^–,

Bi³⁺ + 3OH^– = Bi(OH)₃.

В результате реакций образуются нерастворимые гидроксиды алюминия и висмута. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами и при избытке раствора гидроксида калия растворяется в нем с образованием хорошо растворимого тетрагидроксоалюмината калия:

Al(OH)₃ + KOH = K[Al(OH)₄].

Гидроксид висмута амфотерными свойствами не обладает и при добавлении избытка щелочи остается в осадке.

Пример 6.

В каком газообразном соединении мышьяк проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: 1. Получение этого соединения при взаимодействии мышьяка с водородом в момент выделения. 2. Взаимодействии этого соединения с кислородом.

Решение.

Низшая степень окисления мышьяка (–3). Гидрид мышьяка или арсин – AsH₃, представляет собой газ, в котором мышьяк проявляет свою низшую степень окисления.

1. Реакция образования AsH₃ при взаимодействии As₂O₃ с водородом:

As₂O₃ + 6Zn + 6H₂SO₄ = 2AsH₃ + 6ZnSO₄ +3H₂O.

2. Реакция взаимодействия AsH₃ с кислородом:

2AsH₃ + 3O₂ = As₂O₃ + 3H₂O.

Пример 7.

Какие реакции нужно провести, имея бор и воду, чтобы получить борную кислоту?

Решение.

Непосредственным взаимодействием бора с водой борную кислоту получить нельзя, так как вода не растворяет бор. Поэтому борная кислота получается по следующим стадиям:

1. Электролиз воды:

2H₂O = 2H₂ + O₂.

2. Сжигание бора в кислороде при 700 С:

4B + 3O₂ = 2B₂O₃.

3. Растворение оксида бора в воде с образованием борной кислоты:

B₂O₃ + 3H₂O = 2H₃BO₃.

Пример 8.

Напишите формулы и назовите оксиды азота, укажите степени окисления азота в каждом из них. Какой из этих оксидов более сильный окислитель? На основании электронных уравнений закончите уравнение реакции, учитывая, что азот приобретает минимальную степень окисления:

KNO₂ + Al + KOH + H₂O = KAlO₂ + …

Решение.

Формула Наименование оксида Степени окисления

N₂O оксид азота (I) +1

NO оксид азота (II) +2

N₂O₃ оксид азота (III) +3

NO₂ оксид азота (IV) +4

N₂O₅ оксид азота (V) +5

Наиболее сильным окислителем является оксид азота (V), так как в этом соединении азот имеет максимальную степень окисления.

Определим, какие вещества образуются в результате реакции, приведенной в условии задачи. Минимальная степень окисления азота равна (–3). Она реализуется в аммиаке и ионе аммония NH₄⁺. Среда щелочная, следовательно, образуется аммиак:

KNO₃ + KOH + Al + H₂O = KAlO₂ + NH₃.

Составим электронные уравнения:

8 | Al⁰ – 3 = Al⁺³ – окисление,

3 | N⁺⁵ + 8 = N^–3 – восстановление.

С учетом коэффициентов, уравнение реакции будет иметь вид:

8Al + 3KNO₃ + 5KOH + 2H₂O = 8KAlO₂ + 3NH₃.