Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции. Окислительно восстановительные реакции как делать


Как решать окислительно-восстановительные реакции? | We are students

Что ответить человеку, которого интересует, как решать окислительно-восстановительные реакции? Они нерешаемы. Впрочем, как и любые другие. Химики вообще не решают ни реакции, ни их уравнения. Для окислительно-восстановительной реакции (ОВР) можно составить уравнение и расставить в нём коэффициенты. Рассмотрим, как это сделать.

Окислитель и восстановитель

Окислительно-восстановительной называют такую реакцию, в ходе которой изменяются степени окисления реагирующих веществ. Это происходит потому, что одна из частиц отдаёт свои электроны (её называют восстановителем),  а другая – принимает их (окислитель).

Восстановитель, теряя электроны, окисляется, то есть повышает значение степени окисления. Например, запись: означает, что цинк отдал 2 электрона, то есть окислился. Он восстановитель. Степень окисления его, как видно из приведённого примера, повысилась.  – здесь сера принимает электроны, то есть восстанавливается. Она окислитель. Степень окисления ее понизилась.

У кого-то может возникнуть вопрос, почему при добавлении электронов степень окисления понижается, а при их потере, напротив, повышается? Всё логично. Элеrтрон – частица с зарядом -1, поэтому с математической точки зрения запись  следует читать так: 0 – (-1) = +1, где (-1) – и есть электрон. Тогда означает: 0 + (-2) = -2, где (-2) – это и есть те два электрона, которые принял атом серы.

Теперь рассмотрим реакцию, в которой происходят оба процесса:

Натрий взаимодействует с серой с образованием сульфида натрия. Атомы натрия окисляются, отдавая по одному электрону, серы – восстанавливаются, присоединяя по два. Однако такое может быть только на бумаге. На самом же деле, окислитель должен присоединить к себе ровно столько электронов, сколько их отдал восстановитель. В природе соблюдается баланс во всем, в том числе и в окислительно-восстановительных процессах. Покажем электронный баланс для данной реакции:

Общее кратное между количеством отданных и принятых электронов равно 2. Разделив его на число электронов, которые отдает натрий (2:1=1) и сера (2:2=1) получим коэффициенты в данном уравнении. То есть в правой и в левой частях уравнения атомов серы должно быть по одному (величина, которая получилась в результате деления общего кратного на число принятых серой электронов),  а атомов натрия – по два. В записанной схеме же слева пока только один атом натрия. Удвоим его, поставив коэффициент 2 перед формулой натрия. В правой части атомов натрия уже содержится 2 (Na2S).

Мы составили уравнение простейшей окислительно-восстановительной реакции и расставили в нем коэффициенты методом электронного баланса.

Рассмотрим, как “решать” оислительно-восстановительные реакции посложнее. Например, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с тем же натрием образуются сероводород, сульфат натрия и вода. Запишем схему:

Определим степени окисления атомов всех элементов:

Изменили ст.о. только натрий и сера. Запишем полуреакции окисления и восстановления:

Найдём наименьшее общее кратное между 1 (столько электронов отдал натрий) и 8 (количество принятых серой отрицательных зарядов), разделим его на 1, затем на 8. Результаты – это и есть количество атомов Na и S как справа, так и слева.

Запишем их в уравнение:

Перед формулой серной кислоты коэффициенты из баланса пока не ставим. Считаем другие металлы, если они есть, затем – кислотные остатки, потом Н, и в самую последнюю очередь проверку делаем по кислороду.

В данном уравнении атомов натрия справа и слева должно быть по 8. Остатки серной кислоты используются два раза. Из них 4 становятся солеобразователями (входят в состав Na2SO4)и один превращается в h3S,то есть всего должно быть израсходовано 5 атомов серы. Ставим 5 перед формулой серной кислоты.

Проверяем H: атомов H в левой части 5×2=10,  в правой – только 4, значит перед водой ставим коэффициент 4 (перед сероводородом его ставить нельзя, так как из баланса следует, что молекул h3S должно быть по 1 справа и слева. Проверку делаем по кислороду. Слева 20 атомов О, справа их 4×4 из серной кислоты и еще 4 из воды.  Все сходится, значит действия выполнены правильно.

Это один вид действий, которые мог иметь в виду тот, кто спрашивал, как решать окислительно-восстановительные реакции. Если же под этим вопросом подразумевалось  “закончите уравнение ОВР” или ” допишите продукты реакции “, то для выполнения такого задания мало уметь составлять электронный баланс. В некоторых случаях нужно знать, каковы продукты окисления/восстановления , как на них влияет кислотность среды и различные факторы, о которых пойдет речь в других статьях.

Окислительно-восстановительные реакции – видео

westud.ru

Примеры окислительно-восстановительных реакций с решением. ОВР: схемы

Прежде чем приводить примеры окислительно-восстановительных реакций с решением, выделим основные определения, связанные с данными превращениями.

Те атомы или ионы, которые в ходе взаимодействия меняют степень окисления с понижением (принимают электроны), называют окислителями. Среди веществ, обладающих такими свойствами, можно отметить сильные неорганические кислоты: серную, соляную, азотную.

Окислитель

Также к сильным окислителям относятся перманганаты и хроматы щелочных металлов.

Окислитель принимает то количество электронов в ходе реакции, которое необходимо ему до завершения энергетического уровня (установления завершенной конфигурации).

Восстановитель

Любая схема окислительно-восстановительной реакции предполагает выявление восстановителя. К нему относят ионы или нейтральные атомы, способные повышать в ходе взаимодействия показатель степени окисления (отдают электроны иным атомам).

В качестве типичных восстановителей можно привести атомы металлов.

Процессы в ОВР

Чем еще характеризуются ОВР? Окислительно-восстановительные реакции характеризуются изменением степеней окисления у исходных веществ.

Окисление предполагает процесс отдачи отрицательных частиц. Восстановление предполагает принятие их от других атомов (ионов).

Алгоритм разбора

Примеры окислительно-восстановительных реакций с решением предлагаются в различных справочных материалах, предназначенных для подготовки старшеклассников к выпускным испытаниям по химии.

Для того чтобы успешно справиться с предлагаемые в ОГЭ и ЕГЭ заданиями, важно владеть алгоритмом составления и разбора окислительно-восстановительных процессов.

  1. В первую очередь проставляют зарядовые величины у всех элементов в веществах, предложенных в схеме.
  2. Выписываются атомы (ионы) из левой части реакции, которые в ходе взаимодействия, поменяли показатели.
  3. При повышении степени окисления используется знак «-», а при понижении «+».
  4. Между отданными и принятыми электронами определяется наименьшее общее кратное (число, на которое они делятся без остатка).
  5. При делении НОК на электроны, получаем стереохимические коэффициенты.
  6. Расставляем их перед формулами в уравнение.

Первый пример из ОГЭ

В девятом классе далеко не все школьники знают, как решать окислительно-восстановительные реакции. Именно поэтому они допускают множество ошибок, не получают высоких баллов за ОГЭ. Алгоритм действий приведен выше, теперь попробуем отработать его на конкретных примерах.

Особенность заданий, касающихся расстановки коэффициентов в предложенной реакции, выданных выпускникам основной ступени обучения, в том, что и левая, и правая части уравнения даны.

Это существенно упрощает задачу, так как не нужно самостоятельно придумывать продукты взаимодействия, подбирать недостающие исходные вещества.

Например, предлагается с помощью электронного баланса выявить коэффициенты в реакции:

CuO+Fe=FeO+Cu

На первый взгляд, в данной реакции не требуются стереохимические коэффициенты. Но, для того, чтобы подтвердить свою точку зрения, необходимо у всех элементов зарядовые числа.

В бинарных соединениях, к которым относится оксид меди (2) и оксид железа (2), сумма степеней окисления равна нулю, учитывая, что у кислорода она -2, у меди и железа данный показатель +2. Простые вещества не отдают (не принимают) электроны, поэтому для них характерна нулевая величина степени окисления.

Составим электронный баланс, показав знаком "+" и "-" количество принятых и отданных в ходе взаимодействия электронов.

Cu2++2e=Cu0;

Fe0-2e=Fe2+.

Так как количество принятых и отданных в ходе взаимодействия электронов одинаково, нет смысла находить наименьшее общее кратное, определять стереохимические коэффициенты, ставить их в предложенную схему взаимодействия.

Для того чтобы получить за задание максимальный балл, необходимо не только записать примеры окислительно-восстановительных реакций с решением, но и выписать отдельно формулу окислителя (CuO) и восстановителя (Fe).

Второй пример с ОГЭ

Приведем еще примеры окислительно-восстановительных реакций с решением, которые могут встретиться девятиклассникам, выбравшим химию в качестве выпускного экзамена.

Допустим, предлагается расставить коэффициенты в уравнении:

Na+HCl=NaCl+h3.

Для того чтобы справиться с поставленной задачей, сначала важно определить у каждого простого и сложного вещества показатели степеней окисления. У натрия и водорода они будут равны нулю, так как они являются простыми веществами.

В соляной кислоте водород имеют положительную, а хлор - отрицательную степень окисления. После расстановки коэффициентов получим реакцию с коэффициентами.

Как дополнить окислительно-восстановительные реакции? Примеры с решением, встречающиеся на ЕГЭ (11 класс), предполагают дополнение пропусков, а также расстановку коэффициентов.

Например, нужно электронным балансом дополнить реакцию:

h3S+ HMnO4= S+ MnO2 +…

Определите восстановитель и окислитель в предложенной схеме.

Как научиться составлять окислительно-восстановительные реакции? Образец предполагает использование определенного алгоритма.

Сначала во всех веществах, данных по условию задачи, необходимо поставить степени окисления.

Далее нужно проанализировать, какое вещество может стать неизвестным продуктом в данном процессе. Поскольку в здесь присутствует окислитель (в его роли выступает марганец), восстановитель (им является сера), в искомом продукте не меняются степени окисления, следовательно, это вода.

Рассуждая о том, как правильно решать окислительно-восстановительные реакции, отметим, что следующим этапом будет составление электронного соотношения:

Mn+7 принимает 3 e= Mn+4;

S-2 отдает 2e= S0.

Катион марганца является восстановителем, а анион серы – типичный окислитель. Поскольку наименьшим кратным между принятыми и отданными электронами будет 6, получаем коэффициенты: 2, 3.

Последним этапом будет постановка коэффициентов в исходное уравнение.

3h3S+ 2HMnO4= 3S+ 2MnO2+ 4h3O.

Второй образец ОВР в ЕГЭ

Как правильно составить окислительно-восстановительные реакции? Примеры с решением помогут отработать алгоритм действий.

Предлагается методом электронного баланса заполнить пропуски в реакции:

Ph4+ HMnO4 = MnO2 +…+…

Расставляем у всех элементов степени окисления. В данном процессе окислительные свойства проявляются марганцем, входящим в состав марганцовой кислоты, а восстановителем должен быть фосфор, меняя свою степень окисления на положительную в фосфорной кислоте.

Согласно сделанному предположению, получаем схему реакции, затем составляем уравнение электронного баланса.

P-3 отдает 8 e и превращается в P+5;

Mn+7 принимает 3e, переходя в Mn+4.

НОК будет 24, поэтому у фосфора должен присутствовать стереометрический коэффициент 3, а у марганца -8.

Ставим коэффициенты в полученный процесс, получаем:

3 Ph4+ 8 HMnO4= 8 MnO2+ 4h3O+ 3 h4PO4.

Третий пример из ЕГЭ

Путем электронно-ионного баланса нужно составить реакцию, указать восстановитель и окислитель.

KMnO4+ MnSO4+…= MnO2 +…+ h3SO4.

По алгоритму расставляем у каждого элемента степени окисления. Далее определяем те вещества, что пропущены в правой и левой частях процесса. Здесь дан восстановитель и окислитель, поэтому в пропущенных соединениях степени окисления не меняются. Упущенным продуктом станет вода, а исходным соединением – сульфат калия. Получаем схему реакции, для которой составим электронный баланс.

Mn+2-2 e= Mn+4 3 восстановитель;

Mn+7+3e= Mn+4 2 окислитель.

Записываем коэффициенты в уравнение, суммируя атомы марганца в правой части процесса, так как он относится к процессу диспропорционирования.

2KMnO4+ 3MnSO4+ 2h3O= 5MnO2+ K 2SO4+ 2h3SO4.

Заключение

Окислительно-восстановительные реакции имеют особое значение для функционирования живых организмов. Примерами ОВР являются процессы гниения, брожения, нервной деятельности, дыхания, обмена веществ.

Окисление и восстановление актуальны для металлургической и химической промышленности, благодаря таким процессам можно восстанавливать металлы из их соединений, защищать от химической коррозии, подвергать обработке.

Для составления окислительно-восстановительного процесса в органической или неорганической химии необходимо использовать определенный алгоритм действий. Сначала в предложенной схеме расставляют степени окисления, потом определяют те элементы, которые повысили (понизили) показатель, записывают электронный баланс.

Далее между принятыми и отданными электронами необходимо определить наименьшее кратное, вычислить математическим путем коэффициенты.

При соблюдении последовательности действий, предложенной выше, можно без проблем справиться с заданиями, предлагаемыми в тестах.

Помимо метода электронного баланса, расстановка коэффициентов возможна также путем составления полуреакций.

fb.ru

примеры и решение :: SYL.ru

Что такое ОВР? Химия состоит из множества разделов, один из них рассматривает взаимодействия веществ, в результате которых у элементов (веществ) меняются показатели их степеней окисления. Рассмотрим основные термины, связанные с данной проблемой, приведем примеры взаимодействий.

Основные определения

В школьной программе рассматривается метод ОВР. Химия базируется на составлении баланса между количеством отданных (принятых) электронов. Окислителем является ион или атом, принимающий в процессе взаимодействия отрицательные частицы. Процесс, который при этом происходит, называется восстановлением. Восстановителем считают атомы или ионы, которые лишаются своих электронов, окисляясь при этом.

Значимость ОВР

Какое значение имеют ОВР? Химия располагает множеством примеров, когда данные превращения приводили к негативным последствиям. Например, до сих пор ученые не установили истинную причину разрушения статуи Колосса Родосского. Химики убеждены в том, что именно коррозия, которая является ОВР, стала причиной разрушения уникального памятника. В организме живых существ данные превращения обеспечивают обменные процессы.

Алгоритм разбора

Как правильно разбирать реакции ОВР? Химия школьного курса основывается на составлении электронного баланса между окислителем и восстановителем. Остановимся подробнее на последовательности действий школьников. Сначала необходимо поставить степени окисления у всех элементов, имеющихся в реакции. Для того чтобы успешно справиться с поставленной задачей, важно знать правила. Далее необходимо выявить те вещества, в которых после взаимодействия значения степеней окисления изменились.

При составлении электронного баланса, с помощью знака «плюс» показывают число принятых частиц, а «минусом» показывают количество отданных электронов. Между ними определяется наименьшее общее кратное, затем вычисляются индексы. Завершающим этапом будет расстановка коэффициентов в ОВР. Химия неорганических и органических веществ тесно связана с данным типом взаимодействий, к тому же задания предлагаются школьникам на выпускных испытаниях в 9 и 11 классах.

Первый пример

Разве ОВР - химия? Как решать такие задания? Данный вопрос является актуальным для ребят, которые выбрали предмет в качестве выпускного экзамена. На примере взаимодействия оксида железа (3) и угарного газа (оксида углерода (2)) рассмотрим последовательность действий.

Итак, дана схема Fe2O3 + CO → Fe + CO2, ее нужно рассмотреть как ОВР. ЕГЭ (химия) в 11 классе предполагает самостоятельное дополнение школьниками схемы недостающими веществами, но мы начнем с более простого задания, в котором уже даны все участники процесса. Как проверить, что это ОВР? Химия отвечает на этот вопрос посредством степеней окисления. Так как железо превращается из +3 в простое вещество с нулевым показателем степени окисления, а углерод повышает ее с +2 до +4, процесс является ОВР.

Баланс данного задания имеет следующий вид:

Fe(+3)+3e=Fe(0) 2

C(+2)-2e=C(+4) 3

Наименьшее общее кратное составляет 6. Железо является окислителем, угарный газ проявляет восстановительную способность. В готовом виде процесс имеет вид:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Второй пример

ОВР в органической химии рассматривается по такому же алгоритму, есть только некоторые отличия в расстановке степеней окисления. Одно из заданий ЕГЭ посвящено вопросам, связанным с расстановкой коэффициентов в ОВР. Для успешного выполнения данного задания сначала школьники должны подумать, какие недостающие вещества им нужно вписать, и только после этого переходить к алгоритму разбора ОВР.

Например, с помощью электронного баланса необходимо составить уравнение:

Ph4 + AgNO3 +… = Ag + HNO3

Для начала выявим, какое вещество пропущено в левой части данного взаимодействия. С учетом того, что серебро проявляет окислительные свойства, а фосфор будет восстановителем, недостающим веществом станет вода.

При составлении электронного баланса, получаем следующий вид:

P(-3) отдает 8 электронов = P(+5) 1

Ag(+) принимает электрон = Ag(0) 8

При расстановке коэффициентов, получаем запись процесса:

Ph4 + 8 AgNO3 + 4h3O = 8Ag + 8HNO3 + h4PO4

Ph4 - восстановитель, AgNO3 - окислитель

Третий пример

Воспользовавшись методом электронного баланса, решите уравнение:

Cr2 (SO4) 3 +…+ NaOH = Na2CrO4 + NaBr +…+ h3O

В данной схеме пропущено два вещества, поэтому сначала восстановим пробелы. Хром в данном процессе меняет степень окисления с +3 на +6, следовательно, им проявляются окислительные характеристики. Восстановитель в задании упущен, поэтому его функцию будет выполнять молекулярный бром. Среди продуктов реакции должна быть соль натрия, ею будет сульфат.

Электронный баланс для данного превращения имеет вид:

2Cr(+3) - 6e = 2Cr(+6) 1

Br2(0) + 2e = 2Br - 3

При расстановке в схеме коэффициентов учитываем, что атом натрия находится в составе нескольких веществ, поэтому его необходимо суммировать:

Cr2(SO4) 3+3 Br2 + 16NaOH = 2Na2CrO4 + 6 NaBr + 3Na2 SO4 + 8h3O

  • Cr2(SO4) 3 является окислителем;
  • Br2 выступает в роли восстановителя.

Четвертый пример

Воспользовавшись электронным балансом, решите уравнение:

KMnO4 + h3S + h3SO4 = S+ Mn SO4 +…+…

В задании есть два пропуска, причем оба вещества являются продуктами взаимодействия. Учитывая, что в данной схеме в качестве окислителя выступает марганец, а восстановительные свойства характерны для серы, степени окисления в пропущенных веществах остаются неизменными. Ими будет сульфат калия и вода.

Электронный баланс данного процесса:

Mn(+7) забирает 5 e = Mn(+2) 2

S(-2) отдает 2e = S(0) 5

Конечный вариант предлагаемой схемы ОВР имеет следующий вид:

2KMnO4 + 5h3S + 3h3SO4 = 5S + 2MnSO4 + 8h3O + K 2SO4

Перманганат калия проявляет окислительные свойства, сероводород является восстановителем.

Пятый пример

Заполните пропуски, расставьте коэффициенты в предложенной схеме превращений:

KMnO4 + h3SO4 + KBr = MnSO4 + Br2 +…+…

В данном взаимодействии окислительные параметры демонстрирует марганец, входящий в состав марганцовки. Бром, входящий в бромид калия, является восстановителем. Следовательно, среди продуктов реакции должны быть такие вещества, в которых не наблюдается изменений степеней окисления. Недостающими веществами будут выступать вода и сульфат калия. Процесс передачи электронов:

Mn(+7) принимает 5e = Mn(+2) 2

2Br(-) отдает 2e = Br2(0) 5

Расставим полученные коэффициенты в предложенную схему, получим следующее уравнение:

2KMnO4 + 8h3SO4 + 10KBr = 2MnSO4 + 5Br2 + 8h3O + 6K2SO4

  • Перманганат калия - окислитель.
  • Бромид калия - восстановитель.

Шестой пример

Воспользовавшись электронным балансом, поставьте коэффициенты в предложенной схеме превращений:

P + HNO3 = NO2 +…+…

Пропуски веществ даны в правой части. Чтобы выявить продукты, определяем окислитель и восстановитель. В левой части берется сильная кислота, поэтому в продуктах будет вода. Вторым пропущенным соединением будет являться фосфорная кислота.

Электронный баланс имеет вид:

P(0) отдает 5e = P(+5) 1

N(+5) принимает e = N(+4) 5

Приступаем к расстановке коэффициентов в уравнении:

P + 5HNO3 = 5NO2 + h3O + h4PO4

  • Фосфор - восстановитель.
  • Азотная кислота - окислитель.

Заключение

Разбор окислительных и восстановительных процессов методом электронного баланса является одним из тех заданий, которые вызывают серьезные проблемы у выпускников девятого и одиннадцатого классов. Именно поэтому важно отработать алгоритм действий, чтобы ребята успешно выполняли задания данного типа. Среди типичных ошибок, которые допускаются ребятами, выделим неправильную расстановку степеней окисления у элементов в сложных веществах.

Также довольно много проблем возникает при определении количества принятых и отданных атомами (ионами) электронов. Ребята неправильно определяют окислитель и восстановитель, допускают ошибки при расстановке коэффициентов в схеме уравнения. Задания, связанные с ОВР, считаются сложными, поэтому предполагают отработку порядка действий во внеурочной деятельности.

www.syl.ru

Окислительно-восстановительные реакции

Сравним две реакции: первая реакция – взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой.

NaOH + HCl = NaCl + h3O.

Расставим степени окисления у всех атомов. У натрия степень окисления +1, у кислорода -2, у водорода +1, в соляной кислоте у водорода степень окисления +1, а у хлора -1. В хлориде натрия у натрия степень окисления +1, у хлора -1, в  воде у водорода степень окисления +1, у кислорода -2. Как видно, атомы химических элементов не изменили свои степени окисления.    

Сравним вторую реакцию – взаимодействие магния с соляной кислотой. 

Mg + 2HCl = MgCl2 + h3↑.

У магния степень окисления нуль, т.к. это простое вещество, у водорода в соляной кислоте +1, у хлора -1, в хлориде магния у магния степень окисления +2, у хлора -1, у водорода, как простого вещества степень окисления равна нулю. Следовательно, в данной реакции магний и водород изменили свои степени окисления: магний с нуля до +2, а водород с +1 до нуля. Т.е. каждый атом магния отдал два электрона, а каждый атом водорода принял по одному электрону.

Эти химические реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов или ионов, называют окислительно-восстановительными реакциями.

Процесс присоединения электронов атомами, ионами или молекулами называется восстановлением. Степень окисления при этом понижается.  В нашем случае атомы водорода присоединяют электроны и понижают свою степень окисления, т.е. этот процесс является восстановлением. Например, атомы неметаллов могут присоединять электроны и превращаться при этом в отрицательные ионы, т.е. они восстанавливаются. Так атом серы может присоединить два электрона и превратиться в сульфид-ион, где степень окисления серы -2.

Электроны могут присоединяться и к положительным ионам, которые при этом превращаются в нейтральные атомы или положительные ионы, у которых степень окисления понижается.

Т.е. ион железа (III) и атом серы являются окислителями. Т.о., атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны, называют окислителями.

Процесс отдачи электронов атомами, ионами или молекулами называется окислением. При этом степень окисления повышается.  Атомы металлов отдают электроны, превращаются при этом в положительные ионы, т.е. они окисляются. Например, атом кальция отдает два электрона и превращается в ион кальция, со степенью окисления +2.

Отдавать электроны могут также и отрицательные, и положительные ионы. Например, сульфид ион отдает два электрона и превращается в атом серы, или ион железа (II) отдает один электрон и превращается в ион железа (III).

Атомы, ионы или молекулы, которые отдают электроны, называют восстановителями. В нашем случае, это сульфид-ион и ион железа (II).

Все окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов – окисления и восстановления.

Рассмотрим реакцию взаимодействия алюминия с серой. В нашем случае атом алюминий отдает три электрона и становится ионом алюминия со степенью окисления +3. Т.е. он является восстановителем, при этом он повышает свою степень окисления, а сам он окисляется. Атом серы, напротив, принимает два электрона, понижает свою степень окисления и превращается в сульфид-ион, где степень окисления серы -2. Атом серы является окислителем, т.е. он восстанавливается.

В окислительно-восстановительных реакциях число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, принимаемых окислителем, т.е. соблюдается электронный баланс. Метод электронного баланса применяют для записей электронных уравнений процессов окисления и восстановления. Например, при записи уравнения реакции алюминия и серы над каждым атомом и ионом ставят степени окисления.

А в электронных уравнениях указывают число отдаваемых и принимаемых электронов, указывают восстановитель и окислитель, процессы окисления и восстановления.

Молекулярное уравнение этой реакции записать несложно, т.к. коэффициенты для него будут взяты из электронных уравнений.

Так, перед алюминием будет стоять коэффициент 2, а перед серой – 3.

Попробуем расставить коэффициенты методом электронного баланса в более сложной реакции. Как вы помните, азотная кислота любой концентрации и концентрированная серная кислота реагирует с металлами иначе, чем другие кислоты.  Запишем реакцию взаимодействия серебра с разбавленной азотной кислотой. В результате реакции образуется соль – нитрат серебра (I), оксид азота (II) и вода. Укажем степени окисления у атомов и ионов.

Подчеркнем знаки химических элементов, изменивших свои степени окисления. В нашем случае – это серебро и азот. Составим электронные уравнения, отразив процессы восстановления и окисления.

В реакциях между металлом и кислотой, коэффициенты ставят, как правило, сначала  перед продуктами реакции, а затем перед исходными веществами. Значит, перед формулой нитрата серебра (I) ставим коэффициент 3, а перед оксидом азота (II) коэффициент 1.

Следовательно, и перед формулой серебра в левой части уравнения нужно поставить коэффициент 3.  Считаем число атомов азота после реакции, 4 атома, до реакции один атом, значит, перед формулой азотной кислоты нужно поставить коэффициент 4. Считаем число атомов водорода в левой части уравнения, их – 4, в правой – 2, значит, перед формулой воды нужно поставить коэффициент 2. Считаем число атомов кислорода: в левой части 12, в правой тоже, теперь мы можем поставить знак равенства вместо стрелки.

Зная степень окисления атомов химических элементов нетрудно предсказать окислителем или восстановителем будет элемент или вещество. Например, в азотной кислоте (HNO3) степень окисления азота максимальная +5, следовательно, он «потерял» все электроны, поэтому азотная кислота будет проявлять только окислительные свойства. В аммиаке (Nh4) степень окисления азота минимальная -3, т.е. он не может больше принимать электроны и может быть только восстановителем. В оксиде азота (II) степень окисления азота +2, т.е. является промежуточной, поэтому он может проявлять и восстановительные, и окислительные свойства.

Наиболее важными восстановителями являются активные металлы, водород (h3), уголь, оксид углерода (II) – CO, сероводород – h3S, аммиак (Nh4) и др. Наиболее важными окислителями являются: кислород (O2), галогены, азотная кислота (HNO3), серная кислота (h3SO4), перманганат калия (KMnO4) и др.

videouroki.net

Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции

В данном разделе собраны задачи по теме Окислительно-восстановительные реакции. Приведены примеры задач на составление уравнений реакций, нахождение окислительно-восстановительного потенциал, и константы равновесия ОВР и другие.

Задача 1. Какие соединения и простые вещества могут проявлять только окислительные свойства? Выберите такие вещества из предложенного перечня: Nh4, CO, SO2, K2MnO4, Сl2, HNO2. Составьте уравнение электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

HNO3 + h3S = h3SO4 + NO + h3O.

Показать решение »

Решение.

Простые вещества, атомы которых не могут отдать электрон, а могут только присоединить его в реакциях являются только окислителями. Из простых веществ только окислителем может быть фтор F2, атомы которого имеют наивысшую электроотрицательность. В сложных соединениях – если атом, входящий в состав этого соединения (и меняющий степень окисления) находится в своей наивысшей степени окисления, то данное соединение будет обладать только окислительными свойствами.

Из предложенного списка соединений, нет веществ, которые обладали бы только окислительными свойствами, т.к. все они находятся в промежуточной степени окисления.

Наиболее сильный окислитель из них – Cl2, но в реакциях с более электроотрицательными атомами будет проявлять восстановительные свойства.

 

N-3h4, C+2O, S+4O2, K2Mn+6O4, Сl02, HN+3O2

HNO3 + h3S = h3SO4 + NO + h3O.

Составим электронные уравнения:

N+5 +3e— = N+2         | 8        окислитель

S-2 — 8e— = S+6         | 3        восстановитель

Сложим два уравнения

8N+5 +3S-2— = 8N+2 + 3S+6

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение:

8HNO3 +3h3S = 3h3SO4 + 8NO + 4h3O.

Задача 2. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? Составьте уравнения реакций HNO2: а) с бромной водой; б) с HI; в) с KMnO4. Какую функцию выполняет азотистая кислота в этих реакциях?

Показать решение »

Решение.

HN+3O2 — Степень окисления азота в азотистой кислоте равна +3 (промежуточная степень окисления). Азот в этой степени окисления может как принимать, так и отдавать электроны, т.е. может являться как окислителем, так восстановителем.

а) HNO2 + Br2 + h3O = 2HBr + HNO3

N+3 – 2 e = N+5            | 1        восстановитель

Br20 + 2 e = 2Br—       | 1        окислитель   

N+3 + Br2 = N+5 + 2Br—

 

б) HNO2 + 2HI = I2 + 2NO + 2h3O

N+3 + e = N+2                | 1         окислитель

2I—  — 2 e = I2            | 1        восстановитель

N+3 + 2I—  = N+2 + I2 

 

в) 5HNO2 + 2KMnO4 + 3h3SO4 = 2MnSO4 + 5HNO3 + K2SO4 + 3h3O

N+3 – 2 e = N+5              | 5        восстановитель

Mn+7 + 5 e = Mn+2       | 2        окислитель

5N+3 + 2Mn+7 = 5N+5 + 2Mn+2

Задача 3. Определите степени окисления всех компонентов, входящих в состав следующих соединений: HСl, Cl2, HClO2 , HClO3 , Cl2O7 . Какие из веществ являются только окислителями, только восстановителями, и окислителями и восстановителями? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

КСlO3 → КС1 + КСlO4.

Укажите окислитель и восстановитель.

Показать решение »

Решение.

Хлор может проявлять степени окисления от -1 до +7.

Соединения, содержащие хлор в его высшей степени окисления, могут быть только окислителями, т.е. могут только принимать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его низшей степени окисления, могут быть только восстановителями, т.е. могут только отдавать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его промежуточной степени окисления, могут быть как восстановителями, так и окислителями, т.е. могут отдавать, так и принимать электроны.

H+1Сl-1, Cl02, H+1Cl+3O2-2 , H+1Cl+5O3-2 , Cl2+7O7-2

Таким образом, в данном ряду

Только окислитель — Cl2O7

Только восстановитель – HСl

Могут быть как окислителем, так и восстановителем — Cl2, HClO2 , HClO3

 

КСlO3 → КС1 + КСlO4.

Составим электронные уравнения

Cl+5 +6e— = Cl—                  | 2 | 1   окислитель

Cl+5 -2e— = Cl+7            | 6 | 3   восстановитель

Расставим коэффициенты

4Cl+5 = Cl— + 3Cl+7

4КСlO3 → КС1 + 3КСlO4.

Задача 4. Какие из приведенных реакций являются внутримолекулярными? Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите восстановитель, окислитель.

а) KNO3 = KNO2 + O2;

б) Mq+ N2 = Mq3N2;

в) KClO3  = KCl + O2.

Показать решение »

Решение.

В реакциях внутримолекулярного окисления-восстановления перемещение электронов происходит внутри одного соединения, т.е. и окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же сложного вещества (молекулы)

а) 2KNO3 = 2KNO2 + O2 — внутримолекулярная ОВР

N+5 +2e— = N+3               | 2        окислитель

2O-2 -4e— = O20           | 1        восстановитель

2N+5 + 2O-2 = 2N+3 + O20

 

б) 3Mq + N2 = Mq3N2 — межмолекулярная ОВР

N2 +6e— = 2N-3             | 2 | 1   окислитель

Mg0 -2e— = Mg+2         | 6 | 3   восстановитель

N2 + 3Mg0 = 2N-3 + 3Mg+2

 

в) 2KClO3  = 2KCl + 3O2 — внутримолекулярная ОВР

Cl+5 +6e— = Cl—                 | 4 | 2   окислитель

2O-2 -4e— = O20            | 6 | 3   восстановитель

2Cl+5+ 6O-2 = 2Cl— + 3O20

Задача 5. Какие  ОВР относятся к реакциям диспропорционирования? Расставьте коэффициенты в реакциях:

а) Cl2 + KOH = KCl + KClO3 + h3O;

б) KClO3 = KCl + KClO4 .

Показать решение »

Решение.

В реакциях диспропорционирования окислителем и восстановителем являются атомы одного и того же элемента в одинаковой степени окисления (обязательно промежуточной). В результате образуются новые соединения, в которых атомы этого элемента обладают различной степенью окисления.

а) 3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3h3O;

Cl20 +2e— = 2Cl—              | 10| 5  окислитель

Cl20 -10e— = 2Cl+5          | 2 | 1   восстановитель

5Cl20 + Cl20 = 10Cl— + 2Cl+5

3Cl20 = 5Cl— + Cl+5

 

б) 4KClO3 = KCl + 3KClO4

Cl+5 +6e— = Cl—                 | 2 | 1   окислитель

Cl+5 -2e— = Cl+7              | 6 | 3   восстановитель

4Cl+5 = Cl— + 3Cl+7

Задача 6. Составьте электронные уравнения и подберите коэффициенты ионно-электронным методом в реакции

KMnO4 + KNO2 + h3SO4 = K2SO4 + MnSO4 + KNO3 + h3O

Показать решение »

Решение.

Составим полуреакции:

MnO4— + 8H+ +5e— = Mn2+ + 4h3O             | 2        окислитель

NO2— + h3O — 2e— = NO3— + 2H+              | 5        восстановитель

 

Сложим две полуреакции, умножив каждую на соответствующий коэффициент:

2MnO4— + 16H+ + 5NO2—+ 5h3O = 2Mn2+ + 8h3O + 5NO3— + 10H+

 

После сокращения идентичных членов, получаем ионное уравнение:

2MnO4— + 6H+ + 5NO2— = 2Mn2+ + 3h3O + 5NO3—

 

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение и уравняем его правую и левую части:

2KMnO4 + 5KNO2 + 3h3SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5KNO3 + 3h3O

Задача 7. Определите методом электронного баланса коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций:

Zn + HNO3 = Zn(NO3)2 + Nh5NO3 + h3O

Zn + h3SO4(конц) = ZnSO4 + SO2 + h3O

Показать решение »

Решение.

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + Nh5NO3 + 3h3O

Составим электронные уравнения

Zn0 – 2 e = Zn2+          | 8 | 4 |          восстановитель

N+5 + 8 e = N3-              | 2 | 1 |           окислитель

4Zn0 + N+5 = 4Zn2+ + N3- 

 

Zn + 2h3SO4(конц) = ZnSO4 + SO2 + 2h3O

Составим электронные уравнения

Zn0 – 2 e = Zn2+          | 2 | 1            восстановитель

S+6 + 2 e = S+4                | 2 | 1           окислитель

Zn0 + S+6 =  Zn2+ + S+4

Задача 8. Можно ли в качестве окислителя в кислой среде использовать K2Cr2O7 в следующих процессах при стандартных условиях:

а) 2F— -2e— = F2, E0 = 2,85 В

б) 2Сl— -2e— = Cl2, E0 = 1,36 В

в) 2Br— -2e— = Br2, E0 = 1,06 В

г) 2I— -2e— = I2, E0 = 0,54 В

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы

Cr2O72- + 14H+ + 6e— = 2Cr3+ + 7h3O равен E0 =1,33 В

Показать решение »

Решение.

Для определения возможности протекания ОВР в прямом направлении необходимо найти ЭДС гальванического элемента:

ЭДС = Е0ок — Е0восст

Если найденная величина ЭДС > 0, то данная реакция возможна.

 

Итак, определим, можно ли K2Cr2O7 использовать в качестве окислителя в следующих гальванических элементах:

F2|F— || Cr2O72-|Cr3+                  E = 1,33 – 2,85 = -1,52 В

Cl2|Cl— || Cr2O72-|Cr3+               E = 1,33 – 1,36 = -0,03 В

Br2|Br— || Cr2O72-|Cr3+              E = 1,33 – 1,06 = +0,27 В

I2|I— || Cr2O72-|Cr3+                    E = 1,33 – 0,54 = +0,79 В

 

Таким образом, в качестве окислителя дихромат калия можно использовать только для процессов:

2Br— -2e— = Br2 и 2I— -2e— = I

Задача 9. Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы

MnO4— + 8H+ +5e— = Mn2+ + 4h3O

Если С(MnO4—)=10-5 М, С(Mn2+)=10-2 М, С(H+)=0,2 М.

Показать решение »

Решение.

Окислительно-восстановительный потенциал рассчитывают по уравнению Нернста:

E = E° + (0,059/n)lg(Cок/Cвос)

В приведенной системе в окисленной форме находятся MnO4— и H+, а в восстановленной форме — Mn2+, поэтому:

E = 1,51 + (0,059/5)lg(10-5*0,2/10-2) = 1,46 В

Задача 10. Рассчитайте для стандартных условий константу равновесия окислительно-восстановительной реакции:

2KMnO4 + 5HBr + 3h3SO4 = 2MnSO4 + 5HBrO + K2SO4 + 3h3O

Показать решение »

Решение.

Константа равновесия K окислительно-восстановительной реакции связана с окислительно-восстановительными потенциалами соотношением:

lgK = (E10 -E20 )n/0,059

Определим, какие ионы в данной реакции являются окислителем и восстановителем:

MnO4— + 8H+ +5e— = Mn2+ + 4h3O       | 2        окислитель

Br— + h3O — 2e— = HBrO + H+               | 5        восстановитель

 

Общее число электронов, принимающих участие в ОВР n = 10

E10 (окислителя) = 1,51 В

E20 (восстановителя) = 1,33 В

 

Подставим данные в соотношение для К:

lgK = (1,51 — 1,33 )10/0,059

lgK = 30,51

K = 3,22*1030

 

zadachi-po-khimii.ru

Примеры окислительно-восстановительных реакций | We are students

Химические процессы происходят не только в пробирках. Их непрерывное течение и поддерживает жизнь на Земле. Рассмотрим примеры окислительно-восстановительных реакций, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Что случится с обычным гвоздем, если он полежит какое-то время в воде или просто во влажном воздухе? Конечно, он заржавеет.  Это одна из многочисленных окружающих нас окислительно-восстановительных реакций.

Составим ее уравнение:

Осталось расставить коэффициенты. Сделаем это методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления (ст.о.) всех атомов.

Железо и кислород в левой части уравнения – простые вещества, значит их ст.о. равны нулю. В составе продукта реакции, гидроксида железа (III), железо имеет ст.о. +3, так как О и Н в составе гидроксогруппы ОН имеют ст.о соответственно -2 и +1. В сумме получается 1 – 2 = -1. Таких групп в составе Fe(ОН)3 три штуки, значит суммарно отрицательных зарядов 3 (-1×3=-3). Количество положительных зарядов должно соответствовать количеству отрицательных, то есть степень окисления железа +3.

2. Степени окисления изменяют Fe (из 0 переходит в +3) и О (из 0 переходит в -2). Водород в приведенном примере степень окисления не изменяет. Запишем полуреакции:

Частицы, которые в окислительно-восстановительных процессах отдают электроны, называют восстановителями, а процесс потери электронов – окислением. Присоединение электронов называют восстановлением, а частицу, которая их принимает – окислителем.

В данном примере отдает электроны Fe. Это и есть восстановитель. Окислитель в этой реакции – молекула кислорода, она принимает 4 электрона.

3. Количество отданных и принятых электронов должно быть одинаково. Находим общее кратное для 3 и 4. Оно равно 12. Именно столько электронов всего должен принять кислород и такое же их количество необходимо отдать атомам железа. Для этого перед железом в правой и левой частях уравнения ставим коэффициент 4, перед молекулой кислорода добавляем 3. Водород уравниваем методом подбора. В правой части 12 атомов Н, в левой только 2, значит перед формулой воды необходимо добавить коэффициент 6. Получаем в итоге:

Приведем другие примеры окислительно-восстановительных реакций.

Горение спички – знакомый с детства процесс. Он складывается из нескольких окислительно-восстановительных реакций. Сначала от трения загорается фосфор на боковой намазке коробка:

Затем пламя поджигает бертолетову соль и серу:

Примеры окислительно-восстановительных реакций, с которыми мы встречаемся ежедневно, можно увидеть повсюду. Фотосинтез, без которого невозможна жизнь на Земле, горение бенгальской свечи, без которой немыслим самый сказочный праздник, шипение перекиси водорода на кровоточащей ране – все это процессы, протекающие с изменением степеней окисления химических элементов.

Окислительно-восстановительные реакции – видео

westud.ru

Окислительно-восстановительные реакции | СТУДЕНТОРИЙ

Смотрите также Окислительно-восстановительное равновесие

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, сопровождающиеся присоединением или отдачей электронов, или перераспределением электронной плотности на атомах (изменение степени окисления).

Стадии ОВР

Окисление – отдача электронов атомами, молекулами или ионами. В результате степень окисления повышается. Восстановители отдают электроны.

Восстановление – присоединение электронов. В результате степень окисления понижается. Окислители принимают электроны.

ОВР – сопряженный процесс: если есть восстановление, то есть и окисление.

Правила ОВР

Эквивалентный обмен электронов и атомный баланс.

Кислая среда

В кислой среде высвобождающиеся оксид-ионы связываются с протонами в молекулы воды; недостающие оксид-ионы поставляются молекулами воды, тогда из них высвобождаются протоны.

Там, где не хватает атомов кислорода, пишем столько молекул воды, сколько не хватает оксид-ионов.

Пример. Используя метод электронного баланса, составить уравнение реакции, определить окислитель и восстановитель:

1. Определяем степень окисления: сера в сульфите калия имеет степень окисления +4, марганец в перманганате калия имеет степень окисления +7, серная кислота – среда протекания реакции.Мараганец в высшей степени окисления – окислитель, следовательно, сульфит калия восстановитель.

Примечание: +4 – промежуточная степень окисления для серы, поэтому она может выступать как восстановителем, так и окислителем. С сильными окислителями (перманганат, дихромат) сульфит является восстановителем (окисляется до сульфата), с сильными восстановителями (галогенидами, халькогенидами) сульфит окислитель (восстанавливается до серы или сульфида).

Сера из степени окисления +4 переходит в +6 – сульфит окисляется до сульфата. Марганец из степени окисления +7 переходит в +2 (кислая среда) – перманганат ион восстанавливается до Mn2+.

2. Составляем полуреакции. Уравниваем марганец: Из перманганата высвобождаются 4 оксид-иона, которые связываются ионами водорода (кислая среда) в молекулы воды. Таким образом, 4 оксид-иона связываются с 8 протонами в 4 молекулы воды.

Другими словами, в правой части уравнения не хватает 4 кислорода, поэтому пишем 4 молекулы воды, в левой части уравнения – 8 протонов.

Семь минус два – плюс пять электронов. Можно уравнивать по общему заряду: в левой части уравнения восемь протонов минус один перманганат = 7+, в правой части марганец с зарядом 2+, вода электронейтральна. Семь минус два – плюс пять электронов. Все уравнено.

Уравниваем серу: недостающий оксид-ион в левой части уравнения поставляется молекулой воды, из которой впоследствии высвобожается два протона в правую часть.Слева заряд 2-, справа 0 (-2+2). Минус два электрона.

3. Суммарное уравнение электронного баланса. Умножаем верхнюю полуреакцию на 2, нижнюю на 5.

Сокращаем протоноы и воду.

4. Итоговое уравнение реакции: Сульфат ионы связываются с ионами калия и марганца.

Щелочная среда

В щелочной среде высвобождающиеся оксид-ионы связываются молекулами воды, образуя гидроксид-ионы (OH– группы). Недостающие оксид-ионы поставляются гидроксо-группами, которых надо брать в два раза больше.

Там, где не хватает оксид-ионов пишем гидроксо-групп в 2 раза больше, чем не хватает, с другой стороны – воду.

Пример. Используя метод электронного баланса, составить уравнение реакции, определить окислитель и восстановитель:

Определяем степень окисления:

Висмут (III) с сильными окислителями (например, Cl2) в щелочной среде проявляет восстановительные свойства (окисляется до висмута V):

Так как в левой части уравнения не хватает 3 кислородов для баланса, то пишем 6 гидроксо-групп, а справа – 3 воды.

Итоговое уравнение реакции:

Нейтральная среда

В нейтральной среде высвобождающиеся оксид-ионы связываются молекулами воды с образованием гидроксид-ионов (OH– групп). Недостающие оксид-ионы поставляются молекулами воды. Из них высвобождаются ионы H+.

Используя метод электронного баланса, составить уравнение реакции, определить окислитель и восстановитель:

1. Определяем степень окисления: сера в персульфате калия имеет степень окисления +7 (является окислителем, т.к. высшая степень окисления), бром в бромиде калия имеет степень окисления -1 (является восстановителем, т.к. низшая степень окисления), вода – среда протекания реакции.

Сера из степени окисления +7 переходит в +6 – персульфат восстанавливается до сульфата. Бром из степени окисления -1 переходит в 0 – бромид ион окисляется до брома.

2. Составляем полуреакции. Уравниваем серу (коэффициент 2 перед сульфатом). Кислород уравнен.В левой части заряд 2-, в правой части заряд 4-, присоединено 2 электрона, значит пишем +2

Уравниваем бром (коэффициент 2 перед бромид-ионом). В левой части заряд 2-, в правой части заряд 0, отдано 2 электрона, значит пишем –2

3. Суммарное уравнение электронного баланса.

4. Итоговое уравнение реакции: Сульфат ионы связываются с ионами калия в сульфат калия, коэффициент 2 перед KBr и перед K2SO4. Вода оказалась не нужна – заключаем в квадратные скобки.

Классификация ОВР

  1. Окислитель и восстановитель – разные вещества
  2. Самоокислители, самовосстановители (диспропорционирование, дисмутация). Элемент в промежуточной степени окисления.
  3. Окислитель или восстановитель – среда для прохождения процесса
  4. Внутримолекулярное окисление-восстановление. В состав одного и того же вещества входят окислитель и восстановитель.Твердофазные, высокотемпературные реакции.

Количесвеннная характеристика ОВР

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал, E0 – электродный потенциал относительно стандартного водородного потенциала. Больше об окислительно-восстановительном равновесии.

Для прохождения ОВР необходимо, чтобы разность потенциалов была больше нуля, то есть потенциал окислителя должен быть больше потенциала восстановителя:

,

Например:

Чем ниже потенциал, тем сильнее восстановитель; чем выше потенциал, тем сильнее окислитель.Окислительные свойства сильнее в кислой среде, восстановительные – в щелочной.

studentoriy.ru