Степень окисления (СО) атомов некоторых элементов
Пример 1. Определите, используя таблицу, степень окисления (СО): хрома в K2Cr2O7 и серы в сульфит-ионе SO32 2 –.
Решение. Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле химического соединения, который определяется из допущения, что общая электронная пара в молекуле полностью смещена в сторону более электроотрицательного атома. Молекула же в целом электронейтральна. Определяем степень окисления хрома, если степень окисления калия +1, а степень окисления кислорода –2. : +2 + 2х – 14 = 0; 2х = 12; х = 6. СО хрома равна +6. Аналогично определяем СО серы в сульфит-ионе, заряд которого равен –2. : х – 6 = –2; х = 4. Степень окисления (СО) серы в сульфит-ионе равна +4. Пример 2. Определите, какие из нижеприведенных реакций: a) Zn + H2CO4 (разб) = ZnSO4 + H2↑; б) ZnO + CO2 = ZnCO3; в) MnO2 + Al = Al2O3 + Mn, являются окислительно-восстановительными. Укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления. Расставьте коэффициенты, используя метод электронного баланса. Решение. В окислительно-восстановительных реакциях изменяются степени окисления атомов элементов реагирующих веществ. Находим СО всех атомов в реакции а): . Изменились СО атомов элементов цинка и водорода, следовательно, реакция а) окислительно-восстановительная. Произошли следующие изменения: 30Zn2+ 1s22s22p63s23p63d104s2, 30Zn0 1s22s22p63s23p63d104s0. Как видно из электронных формул, атом цинка отдал два электрона. СО его повысилась: Zn0 – 2ē = Zn2+ восстановительная окисленная форма форма Атом, молекула или ион, отдающий электроны, называется восстановителем, а процесс отдачи электронов называется окислением. Восстановитель Zn – окисляется. Водород-ион принял один электрон Н0, степень окисления его понизилась: 2Н+ + 2ē = Н2 0 окисленная восстановительная форма форма Атом, молекула или ион, принимающий электроны, называется окислителем, а процесс отдачи электронов называется восстановлением. Окислитель – ион (Н+) восстанавливается. В любой окислительно-восстановительной реакции число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем, т.е. устанавливается электронный баланс:
В реакции б) СО элементов не меняется: , следовательно, эта реакция не окислительно-восстановительная. В реакции в) изменяются степени окисления атомов реагирующих веществ: , следовательно, реакция окислительно-восстановительная. Подберем коэффициенты в уравнения методом электронного баланса:
Для подбора коэффициентов находим наименьшее общее кратное числу электронов, участвующих в реакции. Это наименьшее кратное (12) делим на число электронов, отданных восстановителем (3) и принятых окислителем (4), получаем соответствующие коэффициенты перед окислителем и восстановителем в данной реакции: 4Al + 3MnO2 = 2Al2O3 + 3Mn. В сложных реакциях перед веществами, атомы которых не меняют СО, коэффициенты находят подбором.
Пример 3. Определите, исходя из степени окисления азота: а) какие частицы N2 0, NН4 +, NO3 –, NO2 – могут проявлять свойства только восстановителя, только окислителя, окислителя и восстановителя; б) укажите, что представляет собой каждый из процессов: 1) N 2 0 ®NO; 2) NH 4 +® NH3; 3) NO 2– ®NO3 –; 4) NO 3 – ® NH4 +. Решение. Определим СО азота в предложенных частицах: N2 0; ; ; Строение нейтрального атома азота следующее: 7N0 1s22s22p3. а внешнем энергетическом уровне атома пять электронов. В частице NH4 +СО атома азота равна – 3, 7N–31s22s22p6, т.е. на внешнем энергетическом уровне максимальное количество электронов – восемь. Такая частица может только отдавать электроны, т.е. окисляться, следовательно, проявляет только восстановительные свойства. В ионе NO3 –; азот проявляет высшую положительную СО, равную +5, 7N+5 1s22s02p0. Такая частица может принимать электроны, т.е. восстанавливаться, поэтому проявляет только окислительные свойства. В N20и промежуточные степени окисления 0 и +3 соответственно, поэтому эти частицы могут проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя. Процесс перехода: 1) N2 0®NO, СО азота повысилась от 0 до +2, атом азота отдает 2 электрона, процесс окисления. 2) N 20 ® , СО азота понизилась от 0 до –3, процесс восстановления, принимается 3 электрона. 3) ® , СО азота повысилась от +3 до +5, процесс окисления, отдается 2 электрона. 4) ® , СО азота понизилась от + 5 до –3, процесс восстановления, принимается 8 электронов.
Пример 4. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме: . Подберите коэффициенты электронно-ионным методом. Решение. Для подбора коэффициентов в реакциях, протекающих в растворах электролитов, удобно использовать метод электронно-ионного баланса. 1. Из уравнения реакции видно, что Mg меняет СО от 0 до +2, т.е. он окисляется и является восстановителем. Сера изменяет СО от +6 до –2, т.е. она восстанавливается и является окислителем. 2. Записываем ионно-молекулярное уравнение реакций: Mg0 + 2H+ + SO42 2– ® Mg2+ + SO42 2–+ H2O. H2SO4 и MgSO4 – сильные электролиты, H2O – слабый электролит, H2S – газообразное вещество. 3. Записываем уравнения для процесса окисления: восстановитель Mg0 – 2ē = Mg2+ окисляется. 4. Уравняем число атомов магния. В левой и правой частях уравнения реакции их по одному. 5. Количество атомов уравнено, поэтому подсчитываем сумму зарядов в левой и правой частях уравнения: уравнение: Mg0 ® Mg2+ заряды 0 +2 сумма зарядов 0 +2 В левой части 2 избыточных отрицательных заряда, поэтому отнимаем 2 электрона и получаем: Mg0 – 2ē ® Mg2+. 6. Проверяем количество отданных электронов по изменению СО магния: 0 ® +2. 7. Записываем уравнения для процесса восстановления, на основании ионного уравнения: SO42 2– ® H2S. окисленная восстановленная форма форма Атомов серы в правой и левой частях по одному. Уравниваем атомы кислорода. В левой части их 4, а в правой – 0. Избыточные 4 атома кислорода в левой части уравнения реакции образовали четыре молекулы Н2О: SO42 2– ® H2S + 4Н2О. Наконец, уравниваем атомы водорода. В правой части их 10, в левой их нет. Ионно-молекулярное уравнение показывает, что они содержатся в виде Н+ ионов. Добавляем в левую часть 10 ионов Н+: SO42 2– + 10Н+ ® H2S + 4Н2О. В кислой среде всегда «избыток» кислорода связывается ионами среды, каждый атом кислорода связывается двумя ионами Н+, образуя молекулу Н2О. 8. Количество атомов всех элементов уравнено, подсчитываем сумму зарядов в правой и левой частях уравнения: уравнение: SO42 2– + 10Н+ ® H2S + 4Н2О заряды –2 +10 0 0 сумма зарядов +8 0 В левой части 8 избыточных положительных зарядов, поэтому добавляем сюда 8 электронов. Окончательно получается: SO42 2– + 10Н+ + 8ē ® H2S + 4Н2О. 9. Проверяем число принятых электронов по изменению СО серы: + 6 ® – 2. В итоге получаем следующую систему уравнений:
10. Находим коэффициенты для процессов окисления и восстановления, используя общее правило. Число отданных и принятых электронов равно 2 и 8. Наименьше кратное – 8, отсюда коэффициенты: для процесса окисления 4, для процесса восстановления – 1. Проверяем: отдается (2 ´ 4) восемь электронов, принимается также восемь. Складываем электронные уравнения процессов окисления и восстановления, умножив их на соответствующие коэффициенты, и получаем полное ионно-молекулярное уравнение реакции: 2Mg0 + SO42 2–+ 10Н+ ® 4Mg2+ + H2S + 4Н2О. 11. Перенесем полученные коэффициенты в молекулярное уравнение: 4Mg + 5H2SO4 ® 4MgSO4 + H2S + 4Н2О. Эти же коэффициенты можно получить методом электронного баланса:
Mg0 + S+6 ® Mg2+ + S2–, 4Mg + 5H2SO4 ® 4MgSO4 + H2S + 4Н2О.
Пример 5. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме: K[Cr(OH)4] + Cl2 + KOH®K2CrO4 + KCl + H2O. Решение. 1. Находим окислитель и восстановитель в реакции и записываем ионно-молекулярное уравнение. В него должны войти частицы, содержащие окислитель и восстановитель, частицы – продукт окисления и восстановления, а также ионы и молекулы среды, участвующие в реакции: + Cl2 + OH– ® + Cl–+ H2O. восстановитель окислитель 2. Записываем уравнения для процесса окисления восстановителя, в котором уравниваем число атомов хрома, кислорода и водорода: [Cr(OH)4] – ® CrO42 2–. В правой и левой частях уравнения по одному атому хрома, по четыре атома кислорода. Освободившиеся четыре иона водорода в левой части уравнения связываются четырьмя ионами ОН – щелочной среды, образуя молекулы воды: 4Н ++ 4ОН – ® 4H2O. Для процесса окисления получаем: [Cr(OH)4] –+ 4OH – ® CrO42 2–+ 4H2O. 3. Подсчитываем сумму зарядов в левой и правой частях уравнения и определим число электронов, отданных восстановителем: уравнение [Cr(OH)4] –+ 4OH – ® CrO42 2– + 4H2O сумма зарядов –5 –2 Поскольку в левой части уравнения на три отрицательных заряда больше, вычитаем три электрона: [Cr(OH)4] –+ 4OH –– 3ē ® CrO42 2–+ 4H2O. 4. Проверяем правильность составления процесса окисления по СО хрома: хром меняет СО от +3 до +6, следовательно, хром отдает три электрона. 1. Записываем уравнение для процесса восстановления: Cl2 ® 2Cl– . Хлор меняет СО от 0 до –1, т.е. каждый атом хлора принимает по одному электрону: Cl2 + 2 ē ® 2Cl –. Получаем систему уравнений:
Умножив уравнения процессов окисления и восстановления на подобранные коэффициенты и сложив их, получаем ионно-молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции: 2[Cr(OH)4]–+ 8OH–– 6ē + 3Cl2 + 6ē ® 2CrO42 2– + 6Cl–+ 8H2O. Полученные коэффициенты переносим в молекулярное уравнение: 2K[Cr(OH)4] + 3Cl2 + 8KOH ® 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 181. Реакции протекает по схемам: Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 ® Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O, Zn + HNO3 (разб.) ® Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O. Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций электронно-ионным методом. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое восстановителем, какое вещество окисляется, какое восстанавливается.
182. См. формулировку вопроса задачи № 181. K2CrO7 + H2S + H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O, Be + HNO3 (конц.) ® Be(NO3)2+ NO2 + H2O.
183. См. формулировку вопроса задачи № 181. KMnO4 + Na2SO3 + H2O ® MnO2 + Na2SO4 + KOH, Hg + H2SO4 (конц.) ® HgSO4 + SO2 + H2O.
184. См. формулировку вопроса задачи № 181. K2S + KMnO4 + H2SO4 ® S + MnSO4 + K2SO4 + H2O, Zn + H2SO4 (конц.) ® ZnSO4 + H2S + H2O.
185. См. формулировку вопроса задачи № 181. Mn + HNO3 (разб.) ® Mn(NO3)2 + N2O + H2O, KI + KMnO4 + H2SO4 ® I2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O.
186. См. формулировку вопроса задачи № 181. Cd + HNO3 (конц.) ® Cd(NO3)2 + NO2 + H2O, MnSO4 + KClO3 + KOH ® K2MnO4 + KCl + K2SO4 + H2O.
187. См. формулировку вопроса задачи № 181. Be + H2SO4 ( конц.) ® BeSO4 + H2S + H2O, KMnO4 + KNO2+ H2SO4 ® MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O.
188. См. формулировку вопроса задачи № 181. MnO2 + KNO3 + KOH ® K2MnO4 + KNO2 + H2O, Sn + H2SO4 (конц.) ® Sn(SO4)2 + SO2 + H2O.
189. См. формулировку вопроса задачи № 181. Mn(NO3)2 + KMnO4 + H2O → MnO2 + KNO3 + HNO3, H2SO3 + HClO3 ® H2SO4 + HCl.
190. См. формулировку вопроса задачи № 181. KMnO4 + Na3AsO3 + H2SO4 ® MnSO4 + Na3AsO4 + K2SO4 + H2O, HCl + CrO3 ® Cl2 + CrCl3 + H2O. 191. Определите, какие из перечисленных ниже реакций являются окислительно-восстановительными и расставьте в них коэффициенты электронно-ионным методом: а) CaO + CO2 ® CaCO3; б) K2Cr2O7 + H2SO4 ® CrO3 + K2SO4 + H2O; в) KMnO4 + HBr ® Br2 + KBr + MnBr2 + H2O.
192. Определите, какие из перечисленных ниже реакций являются окислительно-восстановительными и расставьте в них коэффициенты электронно-ионным методом: а) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ® CaCO3 + H2O; б) Zn + HNO3 ® Zn(NO3)2 + N2O + H2O; в) K2Cr2O7 + SnSO4 + H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + Sn(SO4)2 + K2SO4 + H2O.
193. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисления или восстановления происходит при следующих превращениях: а) Mn3+® Mn2+, MnO2 ® Mn2+, MnO42 2– ® MnO4– , Mn2+ ® MnO42 2–. б) На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты электронно-ионным методом в уравнениях реакций, идущих по схемам: Cd + H2SO4 ( конц.) ® Cd(SO4)2 + SO2 + H2O,
KMnO4 + H3AsO3 + H2SO4 ® MnSO4 + H3AsO4 + K2SO4 + H2O.
194. См. формулировку задачи № 193. a) MnO42 2– ® MnO4– , SO32 2– ® SO42– , NO3– ® N22 0. б) Al + HNO3 ( разб.) ® Al(NO3)3 + N2 + H2O, KMnO4 + Na2SO3 + KOH ® K2MnO4 + Na2SO4 + H2O.
195. См. формулировку задачи № 193. a) N2 ® NO; N22 ® NH3; NO3– ® NH4+ . б) MnO2 + HCl (конц.) ® MnCl2 + Cl2 + H2O, Ca + HNO3 (разб.) → Ca(NO3)2 + NH4NO3 + H2O.
196. См. формулировку задачи № 193. a) Cr2 O 7 2– ® Cr3+; NO3– ® NO2; CrO2– ® Cr2 O 4 2– . б) K2Cr2O7 + HCl (конц.) ® Cl2 + CrCl3 + H2O + KCl; Ni + HNO3 (разб.) ® Ni(NO3)2 + NO2 + H2O.
197. См. формулировку задачи № 193. a) Cl5+® Cl–; N–3® N5+; Fe3+ ® Fe2+. б) Sc + HNO3 (разб.) ® Sc(NO3)3 + NH4NO3 +H2O; FeSO4 + KClO3 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + KCl + H2O.
198. а) Определите степени окисления железа в следующих частицах: Fe0; FeOH+; FeO4– ; FeO42–. б) На основании электронных уравнений, расставьте коэффициенты электронно-ионным методом в уравнении реакции, идущей по схеме: FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.
199. а) Определите степени окисления серы в следующих частицах: HS–; SO32–; SO42–; S0. б) На основании электронных уравнений, расставьте коэффициенты электронно-ионным методом в уравнениях реакций, идущих по схемам: K2Cr2O7 + K2S + H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O; Cu + HNO3 (разб.) ® Cu(NO3)2 + NO + H2O.
200. а) Определите степени окисления титана в следующих частицах: Ti0; TiOH2+; TiO32–; TiO2+. б) На основании электронных уравнений, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам: Ti + H2SO4 (конц.) ® TiSO4 + S + H2O; Cd + KMnO4 + H2SO4 ® CdSO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1327)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |