Виды общения

Степени окисления атомов в веществах  не изменяются, поэтому реакция не является окислительно-восстановительной.

 

3. ( ₃)₂ + = 2 ₃ +

 

Эта реакция также не относится  к окислительно-восстановительным, степени окисления атомов постоянны.

 

4. 2K + ₂ = 2K + ₂.

 

Хлор и йод меняют степени  окисления, это - окислительно-восстано-вительная реакция:

 

2 - 2 = ₂ – процесс окисления, ион йода – восстановитель,

 

₂ + 2 = 2 – процесс восстановления, молекула хлора – окислитель.

 

Пример 2.

Какой процесс окисления  или восстановления происходит при  следующих превращениях:

 

;    ;    ;

 

;  ;  ?

 

Решение.

Повышение степени окисления  происходит в результате отдачи электронов (окисления), понижение – за счет присоединения электронов (восстановления):

 

         - 6 =            – окисление,

 

             - 8 =   – окисление,

 

           + 3 =   – восстановление,

 

        - 2 =           – окисление,

 

        - 3 =           – окисление,

 

        + 1 =          – восстановление.

 

Пример 3.

Реакция выражается схемами:

 

1. KClO₃ KClO₄ + KCl.

 

2. (NH₄)₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂O S + Cr(OH)₃ + NH₃ + KOH.

 

Составьте электронные уравнения, расставьте коэффициенты, укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Для подбора коэффициентов  уравнения воспользуемся методом электронного баланса.

1. Записываем уравнение  реакции и находим атомы, меняющие  степень окисления:

KCl⁺⁵O₃ ® KCl⁺⁷O₄ + KCl^-1.

 

2. Составляем электронные уравнения  и находим окислитель и восстано-витель:

Cl⁺⁵ – 2 = Cl⁺⁷, Cl⁺⁵ – восстановитель,

 

Cl⁺⁵ + 6 = Cl^–1, Cl⁺⁵ – окислитель.

 

В этом уравнении Cl⁺⁵(KClO₃) является одновременно и окислителем, и восстановителем. Такая окислительно-восстановительная реакция называется реакцией диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).

3. Находим коэффициенты  для окислителя, восстановителя  и продуктов их превращения.  Число электронов, отданных восстановителем,  должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Для этого  находим наименьшее общее кратное и множители:

 

  Cl⁺⁵ – 2 = Cl⁺⁷   3           (1)

         6

Cl⁺⁵ + 6 = Cl^–     1        (2)

 

Ставим эти множители в уравнение (1). Перед KClO₃ (Cl⁺⁵) ставится суммарный множитель (3 + 1 = 4). Коэффициенты у формул остальных веществ подбираются как обычно, путем сопоставления числа атомов в правой и левой частях уравнения:

 

4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl.

 

По той же методике расставим  коэффициенты во втором уравнении:

 

3(NH₄)₂S^–2 + K₂Cr₂⁺⁶O₇ + H₂O = 3S⁰ + 2Cr⁺³(OH)₃ + 2KOH + 6NH₃

S^–2 – 2 = S⁰              3  

6 

Cr⁺⁶ + 6 = 2Cr⁺³       1

 

Пример 4.

Диоксид азота при растворении  в воде образует смесь двух кислот. Напишите уравнение реакции.

Решение.

Исходными веществами являются вода и диоксид азота NO₂. Кислород и водород имеют в молекуле воды степени окисления (-2) и (+1), характерные и устойчивые для них. Следовательно, реакция происходит только за счет изменения степени окисления азота. В молекуле NO₂ азот находится в промежуточной степени окисления (+4), он может и отдавать, и принимать электроны по схеме:

 

N⁺⁴ – 1 = N⁺⁵  – окисление,

 

N⁺⁴ + 1 = N⁺³  – восстановление.

 

Поэтому при растворении NO₂ в воде образуются азотная (N⁺⁵) и азотистая (N⁺³) кислоты:

 

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.

 

 

Задания

 

221. Исходя из степени окисления  хлора в соединениях HCl, HClO₃, НСlO₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

 

КВr + KВrO₂ + H₂SO₄ ® Br₂ + K₂SO₄ + Н₂О

 

222. Реакции выражаются схемами

 

P + HJO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + HJ

 

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

223. Составьте электронные  уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

 

As^3– ® As⁵⁺;  N³⁺+ ® N^3–;  S^2– ® S°

 

На основании электронных уравнений  расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

 

Na₂SO₃ + KMnO₄+ Н₂О ® Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

 

224. Исходя из степени окисления  фосфора в соединениях РН₃, Н₃РО₄, Н₃РО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициента в уравнении реакции, идущей по схеме

 

PbS + HNO₃ ®S + Pb (NO₃)₂ + NO + H₂O

 

225.См. условие задачи 222.

 

P+ HNO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + NO

 

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH ® K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

 

226. Составьте электронные уравнения и укажете, какой процесс –окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

 

Мn⁶⁺ ®Мn^2–;  Cl⁵⁺ ® С1^–; N^3– ® N⁵⁺

 

На основании электронных уравнений  расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

 

Сu₂О + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + NO+ H₂O

 

227 См. условие задачи 222.

 

HNO₃ + Ca ® NH₄NO₃ + Ca(NO₃)₂ = H₂O

 

K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

 

228. Исходя из степени окисления  хрома, йода и серы в соединениях  K₂Cr₂O₇, КJ и H₂SO₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

 

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH ® Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂+ H₂O

 

229. См. условие задачи 222.

 

H₂S + Cl₂ + H₂O ® H₂SO₄ + HCl

 

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ ® S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

 

230. См. условие задачи 222.

 

KСlO₃ + Na₂SO₃ ® КСl + Na₂SO₄

 

KMnO₄ + HBr ® Br₂ + KBr + MnBr₂ + H₂O

 

231 См. условие задачи 222.

 

P + НlO₃ + H₂O ® H₃PO₄ + HCl

 

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

 

232. См. условие задачи 222.

 

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH ®Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O

 

FeS + HNО₃ ® Fe (NO₃)₃ + S + NO + H₂O

 

233. См. условие задачи 222.

 

HNO₃ + Zn ® N₂O+ Zn (NO₃) + H₂O

 

FeSO₄ + KCIO₃ + H₂SO₄ ® Fe₂ (SO₄)₃ + КСl + H₂O

 

234См. условие задачи 222.

 

К₂Сг₂O₇ + HCl ® CI₂ + CrCI₃ + KC1 + H₂O

 

Au + HNO₃ + HCl ® AuCI₃ + NO + H₂O

 

235. Могут ли происходить окислительно-восстановительные  реакции между веществами: a) NH₃ и КМnО₄; б) HNO₂ и HJ; в) НСl и H₂Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

 

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ +H₂O

 

236. См. условие задачи 222.

 

HCl + CrO₃ ® Cl₂ + CrCl₃ + H₂O

 

Cd + KMnO₄ + H₂SO₄ ® CdSO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + Н₂О

 

237. См. условие задачи 222.

 

J₂ + NaOH ® NaOJ + NaJ

 

MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ ® HMnO₄ + Pb (NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O

 

238. См. условие задачи 222.

 

H₂SO₃ + HC1O₃ ® H₂SO₄ + HCl

 

FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Fe₂ (SO₄)₃ + Cr₂ (SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

 

239. См. условие задачи 222.

 

J₂ + Cl₂ + H₂O ®HJO₃ + HCl

 

FeCO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

 

240. Могут ли происходить окислительно-восстановительные  реакции между веществами: a) PH₃ и НBr; б) K₂Cr₂O₇ и Н₃РО₃; в) HNO₃ и H₂S? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

 

AsH₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

Электродные потенциалы и электродвижущие силы

 

Пример 1.

Увеличивается, уменьшается  или остается без изменения масса никелевой пластинки, опущенной в растворы

 

Pb(NO₃)₂;  ZnSO₄;  AgNO₃;  FeSO₄;  Al₂(SO₄)₃;  CuSO₄?

 

Составьте молекулярные и электронные  уравнения соответствующих реакций.

Решение.

Чтобы ответить на вопрос, поставленный в условии задачи, необходимо знать значение стандартного электродного потенциала металла.

Стандартным (нормальным) электродным  потенциалом металла называется скачок потенциала, возникающий на границе раздела фаз металл-раствор его соли с активной концентрацией ионов I г-ион/л. Измеряется он по отношению к нормальному водородному электроду, величина потенциала которого условно принята равной нулю. Если расположить металлы в ряд по мере возрастания значений потенциалов, получится ряд напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов). Каждый металл вытесняет из растворов солей все металлы, стоящие за ним в ряду напряжений, т. е. менее активные.

Итак, никель (E⁰_Ni²⁺_/Ni = – 0,23 В) будет вытеснять из растворов солей ионы свинца Pb²⁺(E⁰_Pb²⁺_/Pb = - 0,13 В), меди Cu²⁺(E⁰_Cu²⁺_/Cu = 0,34 В) и серебра Ag⁺(E⁰_Ag⁺_/Ag = 0,80 В). Запишем уравнения реакций:

 

Ni + Pb(NO₃)₂ = Pb + Ni(NO₃)₂,

 

Ni⁰ – 2 = Ni²⁺,

Pb²⁺ + 2 = Pb;

 

Ni + CuSO₄ = Cu + NiSO₄,

 

Ni⁰ – 2 = Ni²⁺,

Cu²⁺ + 2 = Cu;

 

Ni + 2AgNO₃ = 2Ag + Ni(NO₃)₂,

 

Ni⁰ – 2 = Ni²⁺,

2Ag⁺ + 2 = 2Ag.

 

Никелевая пластинка при этом частично растворяется, а восстановленный  металл оседает на ее поверхности. Так  как атомная масса никеля (58,7 а.е.м.) меньше, чем атомные массы свинца (207,2 а.е.м.), меди (63,5 а.е.м.) и серебра (107,8 а.е.м.), то масса никелевой пластинки увеличится.

В растворах солей железа, цинка  и алюминия масса никелевой пластинки  не изменится, так как никель не может  вытеснить эти металлы из растворов их солей и реакция не пойдет.

 

Пример 2.

Вычислите величину электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его  соли.

Решение.

Значение электродного потенциала металла зависит от многих факторов – природы металла, температуры, концентрации соли и т. д. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

 

E_Meⁿ⁺_{/ Me} = E⁰_Meⁿ⁺_{/ Me} +

lg [Meⁿ⁺ ´ mH₂O],

 

где E_Meⁿ⁺_{/ Me} – электродный потенциал металла; E⁰_Meⁿ⁺_{/ Me} – стандартный электродный потенциал металла; n - заряд иона металла в соли; [Meⁿ⁺ ´ mH₂O] – активная концентрация ионов металла в растворе.

Рассчитаем значение электродного потенциала кобальта в 0,001-молярном растворе его соли. Величину стандартного электродного потенциала кобальта выписываем из ряда напряжений [I]:

 

E_Co²⁺_{/ Co} = E⁰_Co²⁺_{/ Co} + lg [Co²⁺ ´ mH₂O],

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 + lg 0,001,

 

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 + (–3),

 

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,27 - 0,088,

 

E_Co²⁺_{/ Co} = – 0,358 В.

 

Пример 3.

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий будет анодом, в другом – катодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на электродах, и посчитайте электродвижущую силу (эдс) элементов.

Решение.

Устройства, используемые для  преобразования энергии химической реакции в электрическую, называются гальваническими элементами. Элемент работает за счет протекания окислительно-восстановительной реакции. Электрод, на котором идет восстановление, называется катодом, а окисление протекает на аноде. Если анод и катод изготовлены из разных металлов, то на электроде из более активного металла (с меньшим значением электродного потенциала) идет процесс окисления и он играет роль анода. Менее активный металл будет катодом и на нем протекает процесс восстановления.