МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО СОСТАВЛЕНИЮ
ОКИСЛИТЕЛЬНО - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ.
В связи с тем, что на протяжении уже многих лет в качестве итоговой аттестации введен единый государственный экзамен; при переходе старшей школы на профильное обучение все большую активность и актуальность приобретает выполнение заданий части «С».
Рассмотрим основные моменты по составлению окислительно – восстановительных реакций. Для того чтобы написать уравнение окислительно – восстановительной реакции, нужно хорошо знать свойства окислителей и восстановителей.
Восстановители:
1. НЕМЕТАЛЛЫ
Неметаллы – восстановители при повышенной температуре. Неметаллы в большинстве случаев, отдавая электроны, превращаются в сложные вещества с ковалентной и реже с ионной связью.
Галогены, как правило, не отдают электроны, и их кислородные соединения образуются с помощью реакций диспропорционирования, а также при электрохимическом окислении.
2. БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ НЕМЕТАЛЛОВ С МЕТАЛЛАМИ.
Если восстановители относятся к одной и той же группе Периодической системы, то их активность увеличивается сверху вниз.
Например: теллуроводород, теллуриды более сильные восстановители, чем селеноводород, селениды, а селеноводород, селениды более сильные восстановители, чем сероводород и сульфиды. Отрицательно заряженные ионы могут окислятся как до свободных неметаллов, так и до высшей степени окисления в зависимости от активности окислителя
S (-2) - 2 е = S(0)
S (-2) - 6 е = S(+4)
S (-2) - 8 e = S(+6)
3. МЕТАЛЛЫ.
Металлы по активности размещают в ряд напряжений, восстановительная активность уменьшается слева неправо.
Ме – nе = Ме(n+)
4. ИОНЫ МЕТАЛЛОВ.
Ионы металлов способны повышать свою степень окисления. Такие ионы металлов как Fe(+2), Cu(+1), Mn(+2), Cr(+3) и т. д., в зависимости от силы окислителя и среды могут окисляться до промежуточной или самой высокой степени окисления.
Mn(+2) + 4 H2O – 5e = MnO(-) + 8H(+)
Mn(+2) + 2 H2O – 2e = MnO2 + 4H(+)
5. СЛОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЫ И ИОНЫ.
К этой группе относятся: N2O, CO, SO2, H2SO3, соли сернистой кислоты, HNO2, соли азотистой кислоты, моноксиды железа и хрома, H2O2 и т. д..
Своеобразным восстановителем является тиосульфат натрия (Na2S2O3), который в зависимости от окислителя может образовывать разные продукты окисления:
А) при медленном окислении кислородом воздуха, в кислой или нейтральной среде, часть серы окисляется до свободного состояния
S2O3(2-) + H2O - 2е = SO4(2-) + S(0) + 2H(+)
Б) сильные окислители окисляют серу в тиосульфате до сульфата
S2O3(2-) + 5H2O - 8е = 2SO4(2-) + 2H(+)
В) при взаимодействии тиосульфата с иодом образуется тетратионат
S2O3(2-) -2е = S4O6(2-)
Окислители:
1. НЕМЕТАЛЛЫ.
Атомы неметаллов имеют на внешнем электронном слое от 4 до 7 электронов, поэтому они чаще всего присоединяют недостающее количество электронов:
N(0) +3е =N(3-)
2. ИОНЫ МЕТАЛЛОВ.
Ионы металлов присоединяют электроны, восстанавливаясь до свободных металлов или до более низких степеней окисления:
Fe(3+) +e = Fe(2+)
Fe(2+) +2e = Fe(0)
Чем активнее металл, тем легче его ион присоединяет электроны. Ионы щелочных и щелочноземельных металлов присоединяют электроны только при электрохимическом восстановлении. Окислителями в реакциях, происходящих в растворах, они быть не могут.
3. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГАЛОГЕНОВ (MeHaIO, MeHaIO2, MeHaIO3, MeHaIO4: где Me – катион одновалентного металла или водорода). Эти соединения выполняют роль окислителя в кислой среде и восстанавливаются до галогенидов.
HaIO(-) + 2H(+) + 2e = HaI(-) + H2O
HaIO2(-) + 4H(+) + 4e = HaI(-) + 2H2O
HaIO3(-) + 6H(+) + 6e = HaI(-) + 3H2O
HaIO4(-) + 8H(+) + 8e = HaI(-) + 4H2O
4. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ МАРГАНЦА (MnO2, KMnO4, K2MnO4).
KMnO4 обладает окислительными свойствами во всех средах. В зависимости от среды степень окисления марганца меняется по разному.
В кислой среде марганец восстанавливается до Mn(+2):
MnO4(-) + 8H(+) + 5е = Mn(2+) + 4H2O
В щелочной среде восстанавливается до манганата (MnO4(2-)):
MnO4(-) +e = MnO4(2-)
В нейтральной среде восстанавливается до диоксида (MnO2):
MnO4(-) + 2H2O + 3е = MnO2 + 4OH(-)
Оксид марганца (IV) и манганат калия (K2MnO4) обладают окислительными свойствами только в кислой среде. Степень окисления меняется до (+2):
MnO2 + 4H(+) + 2e = Mn(2+) + 2H2O
MnO4(2-) + 8H(+) + 4e = Mn(2+) + 4H2O
5. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИ ХРОМА (CrO3, K2CrO4, K2Cr2O7).
Кислородные соединения хрома обладают окислительными свойствами, в кислой среде:
CrO3 + 6H(+) + 3e = Cr(3+) + 3H2O
CrO4(2-) + 8H(+) + 3e + Cr(3+) + 4H2O
Cr2O7(2-) + 14H(+) + 6e = 2Cr(3+) + 7H2O
6. АЗОТНАЯ КИСЛОТА является окислителем.
При растворении металлов и неметаллов в азотной кислоте (конц.) степень окисления азота изменяется от +5 до +4:
NO3(-) + 2H(+) +e = NO2 + H2O.
При растворении неметаллов в азотной кислоте (разб.) степень окисления меняется от +5 до +2:
NO3(-) + 4H(+) + 3e = NO + 2H2O.
При растворении активных металлов в азотной кислоте (разб.) степень окисления азота меняется от +5 до -3. при этом могут образоваться соединения с промежуточной степенью окисления:
2NO3(-) + 10H(+) +8e = N2O + 5H2O
2NO3(-) + 12H(+) + 10e = N2 + 6H2O
NO3(-) + 10H(+) + 8e = NH4(+) + 3H2O
7. АЗОТИСТАЯ КИСЛОТА устойчива только при очень низких температурах и в разбавленных растворах, выполняет роль очень сильного окислителя. Азотистая кислота легко окисляет иодид до свободного иода (отличие от HNO3 разб.). Степень окисления меняется только от +3 до +2:
NO2(-) + 2H(+) + e = NO + H2O, только при термическом разложении NH4NO2 степень окисления азота меняется с +3 до 0:
2NO2(-) + 8H(+) + 6e = N2 + H2O
8. ПЕРОКСИД ВОДОРОДА И ПЕРОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ.
В щелочной среде пероксиды обладают окислительными свойствами и степень окисления понижается до -2. В кислой среде пероксиды обладают восстановительными свойствами и степень окисления повышается до 0:
H2O2 +2e = 2OH(-)
H2O2 + 2H(+) + 2e = 2H2O
K2O4 + 4H2O – 4e = 2H2O + O2
9. ДИОКСИД СВИНЦА (PbO2).
В кислой среде оксид свинца (IV) обладает хорошо выраженными окислительными свойствами и способен окислять соединения марганца с любой степенью окисления до перманганата:
PbO2 + 4H(+) +e = Pb(2+) + 2H2O
10. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ КИСЛОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ, ИМЕЮЩИХ ПЕРЕМЕННУЮ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ (сера, селен, теллур и т. д.).
Эти соединения в кислой среде обладают только окислительными свойствами. Степень окисления меняется до 0 и до промежуточного значения:
SeO4(2-) + 2H+ + 2e = SeO3(2-) + H2O
SeO4(2-) + 6H+ + 4e = SeO3(2-) + 3H2O
SeO4(2-) + 8H+ + 6e = SeO3(2-) + 4H2O
11. ПЕРСУЛЬФАТ АММОНИЯ.
В кислой среде эти соединения обладают окислительными свойствами. Степень окисления элементов в соединениях такого типа может быть выше, чем номер группы в периодической системе, где они располагаются. Это объясняется тем, что в состав молекул входят пероксидные группы:
S2O8 (2-) + 2e = 2SO4 (2-).
Соединения, в состав которых входят элементы с промежуточной степенью окисления, при определенных условиях подвергаются диспропорционированию:
4K2SO3 = K2S + 3K2SO4
3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH
СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ.
1. При взаимодействии алюминия с перхлоратом калия в сернокислой среде алюминий окисляется до трехвалентного состояния и образует сульфат алюминия, а хлор восстанавливается до хлорида:
AI + KCIO3 + H2SO4 = AI2(SO4)3 + KCI + H2O
Составляем электронный баланс:
AI(0) – 3e = AI(+3) -------- AI(0)-восстановитель, окис - ие
CI(+7) + 8e = CI(-) --------- СI (+7) – окислитель, восс - ие
8AI + 3KCIO3 + 12H2SO4 =4 AI2(SO4)3 + 3KCI + 12H2O
2. Двухвалентный марганец в азотнокислой среде окисляется оксидом свинца (II) до марганцевой кислоты, а свинец восстанавливается до нитрата свинца (II):
Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O
Составляем электронный баланс:
Mn (+2) – 5e = Mn(+7)------ Mn (+2)-восстановитель, окисление
Pb(+4) +2e = Pb(+2) ------- Pb(+4) – окислитель, восстановление
2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
РЕШИТЕ САМОСТОЯТЕЛЬНО.
1. N2O + H2 =
2. Na2S2O3 + I2 =
3. HCIO2 + HCI =
4. SnCI2 + K2Cr2O7 + HCI =
5. KCIO3 + HCI =
6. KI + KCIO3 + H2SO4 =
7. NaI + H2SO4(к) =
8. KMnO4 + H2O2 + H2SO4 =
9. KMnO4 + MnSO4 + H2O =
10. H2O2 + KI =
11. SO2 + I2 + H2O =
12. Na2S2O3 + CI2 + H2O =
13. KNO2 + KI + H2SO4 =
14. PbS + H2O2 =
15. CrCI3 + H2O2 + NaOH =
16. MnCI2 + KCIO + KOH =
17. NaOCI + KI + H2SO4 =
18. Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3 =
19. Na2S + Na2SO4 + HCI =
20. KMnO4 + KI + H2SO4 =
Подводя итоги, хочется сказать: «Делитесь знаниями – это путь к бессмертию».
