Окислительно-восстановительные реакции
Обязательный минимум знаний
Основные теоретические сведения, необходимые для успешного выполнения заданий этой тематики, были даны соответствующих разделах тестов части А.
В таблицах 20 и 21 приведены важнейшие неорганические и органические окислители и восстановители.
Таблица 20
Типичные окислители
Группа окислителей | Химические элементы | Примеры веществ | |
1 | Электрический ток на аноде | ||
2 | Галогены в высших положительных степенях окисления | Cl+7, Br+7, I+7 | HClO4, HBrO4, HIO4 |
3 | Галогены в промежуточных положительных степенях окисления | Cl+1, Cl+3, Cl+5, Br+5, I+5… | KClO3, HClO, NaBrO3 |
4 | Халькогены и другие неметаллы в положительных степенях окисления | S+6, S+4, N+5 | H2SO4, SO2, HNO3 |
5 | Неметаллы – простые вещества (нулевая степень окисления). | F, Cl, O, S, Br | F2, Cl2, O3, O2, S, Br2 |
6 | Неметаллы в промежуточных отрицательных степенях окисления. | O-1, N-2 | H2O2, BaO2, N2H4 |
7 | Металлы в высших положительных степенях окисления. | Mn+7, Cr+6, Sn+4 | KMnO4, K2CrO4, H2Cr2O7, SnCl4 |
8 | Металлы в промежуточных положительных степенях окисления. | Fe+2, Cu+1, Sn+2 | FeCl2, Cu2Cl2, SnSO4 |
9 | Органические нитросоединения | N+5 | CH(NO2)3, CH2ONO2-CH2ONO2 |
Таблица 21
Типичные восстановители
Группа восстановителей. | Химические элементы | Примеры веществ | |
1 | Электрический ток на катоде | ||
2 | Металлы – простые вещества (нулевая степень окисления). | Na, Ca, Fe | Na, Ca, Fe |
3 | Неметаллы в низшей отрицательной степени окисления. | Cl-1, N-3, S-2 | HCl, NH3, ZnS |
4 | Металлы в промежуточной положительной степени окисления. | Fe+2, Cr+2, Cu+1 | FeSO4, CrCl2, Cu2Cl2 |
5 | Неметаллы в промежуточной отрицательной степени окисления. | O-1, N-2 | H2O2, N2H4 |
6 | Неметаллы – простые вещества | S, P, C, I | S, P4, C, I2 |
7 | Неметаллы в промежуточной положительной степени окисления. | P+3, S+4, C+2 | PCl3, SO2, CO |
8 | Углеводороды и многие другие органические вещества | С-4, С-2 и др. | CnH2n+2, CnH2n-6, спирты, углеводы |
Примеры тестовых заданий и
рекомендации к их выполнению
1. Установите соответствие между формулой вещества и с. о. азота в нем.
Формула вещества С. о. азота
А) Ca(NO2)2 1) -3
Б) Fe(NO3)3 2) -2
В) CH3NH2 3) +2
Г) CH3NO2 4) +3
5) +4
6) +5
Для выполнения этого задания можно использовать два варианта решения.
Первый состоит в расстановке с. о. атомов согласно правилам, изложенным в части А пособия.
Второй способ основан на знании следующего принципа: с. о. элемента, образующего соответствующую кислородсодержащую кислоту (его называют кислотообразователем) такая же, как и во всех ее солях. Нитрит кальция – соль азотистой кислоты HNO2, в которой с. о. азота равна +3. Устанавливается соответствие А-4. Аналогично, в нитрате железа (III) азот имеет ту же с. о., что и в азотной кислоте +5 (соответствие Б-6).
Сложнее будет установить аналогичное соответствие для нитрометана. Следует помнить, что в нитросоединениях, как и в одноосновной азотной кислоте HO-NO2, атом азота имеет с. о. +5 (соответствие Г-6).
И, наконец, амины – производные аммиака, в котором с. о. азота -3, следовательно, метиламин содержит азот в с. о. -3 (соответствие В-1). Ответ: 4616.
2. Установите соответствие между формулами оксидов и соответствующих им кислот.
Формула оксида Формула кислоты
А) N2O5 1) HNO2
Б) N2O3 2) HNO3
В) SO3 3) H2SO3
Г) P2O5 4) H2SO4
5) H3PO3
6) H4P2O7
Задание выполняется простой расстановкой с. о. элементов в формулах оксидов и формулах кислот и установлением соответствия между ними. Ответ: 2146.
3. Установите соответствие между формулами солей и соответствующих им двух оксидов.
Формула соли Формулы оксидов
А) Fe(NOFe2O3, N2O3
Б) KNO2 2) Fe2O3, N2O5
В) Cr2(SOK2O, N2O3
Г) CrSO4 4) CrO, SO3
5) Cr2O3, SO3
6) K2O, N2O5
Это задание – своеобразная комбинация рассмотренных выше заданий 1 и 2. По формуле соли определяется заряд иона металла, который численно равен его с. о. По кислотному остатку определяется с. о. кислотообразователя в соответствующей кислоте. Затем устанавливается соответствие между солями и парами оксидов. Ответ: 2354.
4. Установите соответствие между схемой химической реакции и изменением с. о. окислителя.
Схема реакции Изменение с. о. окислителя
А) FeCl3 + HI ® FeCl2 + I2 + HCl 1) Cl+5 ® Cl-
Б) FeCl2 + Cl2 ® FeCl3 2) 2I - ® I20
В) KClO3 ® KCl + O2 3) Fe+3 ® Fe+2
Г) Fe3O4 + HI ® FeI2 + I2 + H2O 4) 2O-2 ® O20
5) Cl20 ® 2Cl-
6) Fe+2 ® Fe+3
Ключевыми словами для выполнения этого задания являются «изменение с. о. окислителя», т. е. элемента, понижающего значение с. о. Это позволит исключить из правого столбика процессы с участием восстановителей (отдачи электронов) – 2, 4 и 6. Остается установить соответствие между четырьмя схемами и тремя процессами изменения с. о. окислителей. Схеме А, в которой с. о. железа +3, соответствует процесс 3, схеме Б, в которой хлор имеет с. о. 0, соответствует процесс 5, схеме В, в которой хлор имеет с. о. +5, соответствует процесс 1.
Некоторые сложности вызовет схема Г, т. к. железо в железной окалине (Fe3O4) имеет два значения с. о.: +2 и +3 (FeO×Fe2O3) и именно железо в с. о. +3 является окислителем (соответствие Г-3). Ответ: 3513.
5. Установите соответствие между схемой химической реакции и изменением с. о. восстановителя.
Схема реакции Изменение с. о. восстановителя
А) I2 + HNO3 ® HIO3 + NO2 + H2O 1) N+5 ® N+4
Б) NH4NO3 ® N2O + H2O 2) I20 ® 2I+5
В) I2 + KOH ® KI + H2O + KIO3 3) N-3 ® N+1
Г) NO2 + H2O ® HNO3 + HNO2 4) N+4 ® N+5
5) I20 ® 2I-
6) N+4 ® N+3
Ключевыми словами для выполнения этого задания являются «изменение с. о. восстановителя», т. е. элемента, отдающего электроны и, соответственно, повышающего свою с. о. Это позволит исключить из правого столбика процессы с участием окислителей (принятия электронов) – 1, 5 и 6. Остается установить соответствие между четырьмя схемами и тремя процессами изменения с. о. восстановителей. Схеме А, в которой с. о. иода 0, соответствует процесс 2, схеме Б, в которой азот катиона аммония имеет с. о. -3, соответствует процесс 3.
Некоторые сложности вызовут схемы В и Г, т. к. это реакции диспропорционирования, в которых один и тот же элемент выступает как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Однако выполнение этого задания ограничено рамками его условия. Для схемы В из двух вариантов происходящих изменений с. о. иода выбирается процесс окисления, в котором он выступает в качестве восстановителя (соответствие В-2). Аналогично, для схемы Г из двух вариантов происходящих изменений с. о. азота выбирается процесс окисления, в котором он выступает в качестве восстановителя (соответствие Г-4). Ответ: 2324.
6. Установите соответствие между схемой превращения элемента и уравнением ОВР.
Схема превращения элемента Уравнение ОВР
А) S0 ® S+6 1) SO2 + 2 H2S = 3 S + 2 H2O
Б) Cl20 ® 2Cl-1 2) 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
В) S-2® S0 3) S + 2 HNO3 = H2SO4 + 2 NO
Г) 2Cl-1 ® Cl20 4) 2 KI + Cl2 = 2 KCl + I2
5) 2 HClO3 + Br2 = 2 HBrO3 + Cl2
6) 2 HI + S = I2 + H2S
Превращению А в качестве продуктов реакции соответствуют соединения серы в форме сульфат-иона – SO42-. Следовательно, этому превращению соответствует уравнение 3.
Превращению Б в качестве продуктов реакции соответствуют соединения хлора в форме хлорид-иона – Cl-. Следовательно, этому превращению соответствует уравнение 4.
Легко установить соответствие В-1, т. к. свободная сера указана только в одном из приведенных уравнений.
Аналогично легко устанавливается соответствие Г-2, т. к. хлор в с. о. -1 указан в левой части только одного из приведенных уравнений. Ответ: 3412.
7. Установите соответствие между схемой ОВР и формулой вещества, являющегося в ней восстановителем.
Схема ОВР Восстановитель
А) NO2 + O2 + H2O ® HNO3 1) NH3
Б) HNO3 + Cu ® Cu(NO3)2 + NO + H2O 2) CuO
В) NH3 + CuO ® Cu + N2 + H2O 3) NO2
Г) NH3 + O2 ® N2 + H2O 4) Cu
5) O2
Из числа восстановителей следует сразу исключить варианты 2 и 5, т. к. оксид меди (II) и кислород не могут проявлять восстановительных свойств, кроме как в реакциях со фтором. Остается установить соответствие между четырьмя схемами и тремя восстановителями, что нетрудно сделать. Ответ: 3411.
8. Установите соответствие между свойствами серы и уравнением ОВР, в котором она проявляет эти свойства.
Свойства серы Уравнение ОВР
А) окислиS + 2 H2O(пар) = 2H2S + SO2
Б) восстановиFeS + 2 HCl = FeCl2 + H2S
В) и окислитель, и 3) 2 H2S + 3 O2 = 2 H2O + 2 SO2
восстановиSO3 = 2 SO2 + O2
Г) ни окислитель,
ни восстановитель
Окислителем сера может выступать в соединении, в котором она имеет максимальную с. о. +6, т. е. имеется соответствие А-4.
Восстановителем сера может выступать в соединении, в котором она имеет минимальную с. о. -2, т. е. имеется соответствие Б-3.
И окислителем, и восстановителем сера выступает в реакциях диспропорционирования, т. е. в таких реакциях, в левой части уравнений которых она записана один раз, а в правой – дважды. Наблюдается соответствие В-1.
Следовательно, методом исключения устанавливается соответствие Г-2. Ответ: 4312.
9. Установите соответствие между формулой вещества и коэффициентом перед ним в уравнении реакции.
KOH + NO ® KNO2 + N2 + H2O
Формула вещества Коэффициент в уравнении ОВР
А) KOH 1) 1
Б) NO 2) 2
В) KNO2 3) 3
Г) N2 4) 4
5) 5
6) 6
Для установления соответствия придется подобрать коэффициенты для данной ОВР методом электронного баланса.
N+2 – 1ē ® N+3 4
2 N+2 + 4ē ® N20 1
4 KOH + 6 NO ® 4 KNO2 + N2 + 2 H2O
Ответ: 4641.
10. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакции.
Реагирующие вещества Продукты реакции
А) Cu2O + HNO3 (конц) ® 1) CuNO3 + H2O
Б) CuO + HNO3 (конц) ® 2) Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
В) Cu + HNO3 (конц) ® 3) Cu(NO3)2 + NO + H2O
Г) CuS + HNO3 (конц) ® 4) Cu(NO3)2 + H2O
5) CuSO4 + NO2 + H2O
6) Cu(NO3)2 + H2S
Среди исходных веществ следует выбрать пару, которая вступает в реакцию обмена и соответствующей ей пару продуктов. Такая пара в левом столбце одна – Б, которой соответствует пара продуктов 4.
Между оставшимися парами левого столбца протекают не реакции обмена, а ОВР. Следовательно, из правого столбца необходимо исключить пары, которые рассматриваются как продукты реакций обмена. Это пары 1 и 6.
Методом исключения можно придти к соответствию Г-5 (по наличию серы в левой и правой частях схемы ОВР). Соответствие В-2 должен знать любой выпускник: концентрированная азотная кислота восстанавливается медью до оксида азота (IV). В заключение логично устанавливается последнее соответствие А-3. Ответ: 3425.
Задания для самостоятельной работы
1. Установите соответствие между изменением с. о. азота и формулами веществ, при взаимодействии которых это изменение происходит.
Изменение с. о. Формулы веществ
А) N0 ® N-3 1) HNO3 (конц.) и Cu
Б) N+5 ® N+4 2) N2 и O2
В) N0 ® N+2 3) NO и О2
Г) N+5 ® N+2 4) NH3 и О2
5) N2 и Са
6) HNO3 (разб.) и Cu
2. Установите соответствие между формулой вещества и с. о. атома фосфора в нем.
Формула вещества С. о. атома фосфора
А) AlP 1) -3
Б) (NH4)2HPO4 2) 0
В) Na4P2O7 3) +1
Г) H3PO2 4) +3
5) +5
6) +7
3. Установите соответствие между уравнением окислительно-восстановительной реакции и свойствами атомов серы, которые они проявляют в этой реакции.
Уравнение реакции Свойства атомов серы
А) H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + CO2 + H2O 1) окислитель
Б) 2 H2S + SO2 = 3 S + 2 H2O 2) восстановитель
В) 3 S + 2 KClO3 = 3 SO2 + 2 KCl 3) и окислитель,
Г) Fe + S = FeS и восстановитель
4) ни окислитель,
ни восстановитель
4. Установите соответствие между схемой реакции и изменением с. о. окислителя.
Схема реакции Изменение с. о. окислителя
А) MnO2 + H2SO4 ® MnSO4 + O2 + H2O 1) Mn+7 ® Mn+4
Б) Mn(OH)2 + O2 ® MnO2 + H2O 2) Mn+2 ® Mn+4
В) KMnO4 + K2SO3 + KOH ® K2MnO4 + K2SO4 + H2O 3) O20 ® 2 О-2
Г) KMnO4 + H2O2 ® MnO2 + O2 + KOH + H2O 4) 2 О-1 ® О20
5) Mn+7 ® Mn+6
6) Mn+4 ® Mn+2
5. Установите соответствие между изменением с. о. хлора и схемой реакции.
Изменение с. о. хлора Схема реакции
А) Cl+4 ® Cl+3 1) Cl2 + Al4C3 ® AlCl3 + CCl4
Б) Cl+1 ® Cl-1 2) HCl + MnO2 ® MnCl2 + Cl2 + H2O
В) Cl+5 ® Cl-1 3) KClO3 + P ® KCl + P2O5
Г) Cl-1 ® Cl0 4) ClO2 + H2O2 ® HClO2 + O2
5) KClO4 ® KCl + O2
6) HClO + HI ® HCl + I2 + H2O
6. Установите соответствие между схемой реакции и изменением с. о. восстановителя.
Схема реакции Изменение с. о. восстановителя
А) C + Cl2 + Cr2O3 ® CrCl3 + CO 1) C-2 ® C+4
Б) CO + Na2O2 ® Na2CO3 2) C-4 ® C+4
В) CH4 + O2 ® CO2 + H2O 3) C0 ® C+4
Г) HCHO + Ag2O ® HCOOH + Ag 4) C+2 ® C+4
5) C0 ® C+2
6) C+4 ® C+2
7. Установите соответствие между схемой химической реакции и суммой коэффициентов перед формулами всех веществ в ее уравнении.
Схема реакции Сумма коэффициентов
А) Al + HNO3 ® Al(NO3)2 + NO + H2O 1) 7
Б) Cr2O3 + KClO3 + KOH ® K2CrO4 + KCl + H2O 2) 8
В) MnO2 + HCl ® MnCl2 + Cl2 + H2O 3) 9
Г) HNO2 + H2SO3 ® H2SO4 + NO + H2O 4) 10
5) 11
6) 12
8. Установите соответствие между схемой химической реакции и коэффициентами перед формулами соответственно окислителя и восстановителя в уравнении этой реакции.
Схема реакции Коэффициенты
А) HF + HNO3 + Si ® SiF4 + NO + H2O 1) 3,2
Б) NaCrO2 + Br2 + NaOH ® Na2CrO4 + NaBr + H2O 2) 6,2
В) Cu + HNO3 ® Cu(NO3)2 + NO2 + H2O 3) 3,4
Г) Al + HCl ® AlCl3 + H2 4) 1,4
5) 4,3
6) 4,1
9. Установите соответствие между формулой вещества и коэффициентом перед ним в уравнении реакции
Cl2 + I2 + H2O ® HIO3 + HCl
Формула вещества Коэффициент в уравнении ОВР
А) Cl2 1) 1
Б) I2 2) 2
В) HIO3 3) 5
Г) HCl 4) 6
5) 8
6) 10
10. Установите соответствие между схемой реакции и суммой коэффициентов в левой части уравнения этой реакции.
Схема реакции Сумма коэффициентов в левой части
А) Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2S + H2O 1) 3
Б) K2Cr2O7 + H2SO4 + SO2 ® Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O 2) 4
В) C + H2SO4 ® SO2 + H2O 3) 6
Г) KClO3 + KNO2 ® KNO3 + KCl 4) 8
5) 9
6) 11
Ответы
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
5136 | 1553 | 4321 | 6351 | 4632 | 5425 | 3461 | 5162 | 3126 | 5412 |
Электролиз расплавов и растворов электролитов
Обязательный минимум знаний
Электролиз – это ОВР, протекающая на электродах, в которой роль восстановителя играет катод, а окислителя – анод.
Различают:
- электролиз расплавов, в результате которого разряжаются только ионы, из которых построен электролит;
- электролиз растворов, в котором следует учитывать также и два процесса, протекающие с водой
катодное восстановление анодное окисление
2 Н2О + 2 ē ® Н2 + 2 ОН - 2 Н2О - 4 ē ® 4 Н+ + О2
Правила определения продуктов электролиза в водных растворах электролитов.
1. Процесс на катоде зависит не от материала катода, из которого он сделан, а от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:
· в первую очередь разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжений после водорода;
· затем разряжаются катионы металлов от Al3+ до Pb2+, параллельно с восстановлением воды;
· катионы металлов IA и IIA групп остаются в растворе, а восстанавливается вода;
· катионы металлов с переменной с. о. могут разряжаться частично (Cr3+® Сr2+, Fe3+®Fe2+ и др.).
2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:
· растворимый анод (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза) – происходит окисление металла анода, несмотря на природу аниона;
· нерастворимый (инертный) анод (графит, золото, платина) - происходит окисление
- анионов бескислородных кислот (но не F-!);
- гидроксид-аниона (4 ОН - - 4ē ® 2 Н2О + О2)
- анионы кислородсодержащих кислот и фторид-анионы остаются в растворе, а окисляется вода.
Примеры тестовых заданий и
рекомендации к их выполнению
1. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.
Формула вещества Продукт электролиза
А) CuSO4 1) водород
Б) K2SO4 2) серебро
В) AgNO3 3) медь
Г) CuBr2 4) гидроксид калия
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
