Более активный неметалл будет окислителем, а менее активный будет довольствоваться ролью восстановителя, если они реагируют друг с другом.
Ряд электроотрицательности неметаллов:
| H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F | > |
| увеличение электроотрицательности |
Особенности поведения некоторых окислителей и восстановителей.
а) кислородсодержащие соли и кислоты хлора в реакциях с восстановителями обычно переходят в хлориды: КClO3 + P = P2O5 + KCl
б) если в реакции участвуют вещества, в которых один и тот же элемент имеет отрицательную и положительную степени окисления — они встречаются в нулевой степени окисления (выделяется простое вещество). H2S−2 + S(+4)O2 = S0 + H2O
Необходимые навыки.
1. Расстановка степеней окисления.
Необходимо помнить, что степень окисления — это гипотетический заряд атома (т.е. условный, мнимый), но он должен не выходить за рамки здравого смысла. Он может быть целым, дробным или равным нулю.
Задание 1: Расставьте степени окисления в веществах:
НСОНFeS2Ca(OCl)ClH2S2O8
2. Расстановка степеней окисления в органических веществах.
Помните, что нас интересуют степени окисления только тех атомов углерода, которые меняют своё окружение в процессе ОВР, при этом общий заряд атома углерода и его неуглеродного окружения принимается за 0.
Задание 2: Определите степень окисления атомов углерода, обведённых рамкой вместе с неуглеродным окружением:
2-метилбутен-2: СН3–СН=С(СН3)–СН3
ацетон: (СН3)2С=О
уксусная кислота: СН3–СООН
3. Не забывайте задавать себе главный вопрос: кто в этой реакции отдаёт электроны, а кто их принимает, и во что они переходят? Чтобы не получалось, что электроны прилетают из ниоткуда или улетают в никуда.
Пример: KNO2 + KI + H2SO4 → … + … + … + …
В этой реакции надо увидеть, что иодид калия KI может являться только восстановителем, поэтому нитрит калия KNO2будет принимать электроны, понижая свою степень окисления.
Причём в этих условиях (разбавленный раствор) азот переходит из +3 в ближайшую степень окисления +2.
KNO2 + KI + H2SO4 → I2 + NO + K2SO4 + H2O
4. Составление электронного баланса сложнее, если формульная единица вещества содержит несколько атомов окислителя или восстановителя.
В этом случае это необходимо учитывать в полуреакции, рассчитывая число электронов.
Самая частая проблема — с дихроматом калия K2Cr2O7, когда он в роли окислителя переходит в +3:
2Сr+6 + 6e → 2Cr+3
Эти же двойки нельзя забыть при уравнивании, ведь они указывают число атомов данного вида в уравнении.
Задание 3: Какой коэффициент нужно поставить перед FeSO4 и перед Fe2(SO4)3?
FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
Fe+2 − 1e → Fe+3
2Cr+6 + …e → 2Cr+3
Задание 4: Какой коэффициент в уравнении реакции будет стоять перед магнием?
HNO3 + Mg → Mg(NO3)2 + N2O + H2O
5. Определите, в какой среде (кислой, нейтральной или щелочной) протекает реакция.
Это можно сделать либо про продуктам восстановления марганца и хрома, либо по типу соединений, которые получились в правой части реакции: например, если в продуктах мы видим кислоту, кислотный оксид — значит, это точно не щелочная среда, а если выпадает гидроксид металла — точно не кислая. Ну и разумеется, если в левой части мы видим сульфаты металлов, а в правой — ничего похожего на соединения серы — видимо, реакция проводится в присутствии серной кислоты.
Задание 5: Определите среду и вещества в каждой реакции:
PH3 + … + … → K2MnO4 + … + …
PH3 + … + … → MnSO4 + H3PO4 + … + …
6. Помните, что вода — вольный путешественник, она может как участвовать в реакции, так и образовываться.
Задание 6: В какой стороне реакции окажется вода? Bо что перейдёт цинк?
KNO3 + Zn + KOH → NH3 + …
Задание 7: Мягкое и жесткое окисление алкенов.
Допишите и уравняйте реакции, предварительно расставив степени окисления в органических молекулах:
СН3-СН=СН2 + KMnO4 + H2O (хол. р-р.) → CH3-CHOH-CH2OH + …
| СН3-СН=СН2 + KMnO4 (водн.р-р) | t° | CH3-COOK + K2CO3 + … |
| → |
7. Иногда какой-либо продукт реакции можно определить, только составив электронный баланс и поняв, каких частиц у нас больше:
Задание 8: Какие продукты ещё получатся? Допишите и уравняйте реакцию:
MnSO4 + KMnO4 + Н2O → MnO2 + …
8. Во что переходят реагенты в реакции?
Если ответ на этот вопрос не дают выученные нами схемы, то нужно проанализировать, какие в реакции окислитель и восстановитель — сильные или не очень? Если окислитель средней силы, вряд ли он может окислить, например, серу из −2 в +6, обычно окисление идёт только до S0. И наоборот, если KI — сильный восстановитель и может восстановить серу из +6 до −2, то KBr — только до +4.
Задание 9: Во что перейдёт сера? Допишите и уравняйте реакции:
H2S + KMnO4 + H2O → …
H2S + HNO3 (конц.) → …
9. Проверьте, чтобы в реакции был и окислитель, и восстановитель.
Задание 10: Сколько ещё продуктов в этой реакции, и каких?
KMnO4 + HCl → MnCl2 + …
10. Если оба вещества могут проявлять свойства и восстановителя, и окислителя — надо продумать, какое из них более активный окислитель. Тогда второй будет восстановителем.
Задание 11: Кто из этих галогенов окислитель, а кто восстановитель?
Cl2 + I2 + H2O → … + …
11. Если же один из реагентов — типичный окислитель или восстановитель — тогда второй будет «выполнять его волю», либо отдавая электроны окислителю, либо принимая у восстановителя.
Пероксид водорода — вещество с двойственной природой, в роли окислителя (которая ему более характерна) переходит в воду, а в роли восстановителя — переходит в свободный газообразный кислород.
Задание 12: Какую роль выполняет пероксид водорода в каждой реакции?
H2O2 + KI + H2SO4 →
H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4 →
H2O2 + KNO2 →
Последовательность расстановки коэффициентов в уравнении.
Сначала проставьте коэффициенты, полученные из электронного баланса.
Помните, что удваивать или сокращать их можно только вместе. Если какое-либо вещество выступает и в роли среды, и в роли окислителя (восстановителя) — его надо будет уравнивать позднее, когда почти все коэффициенты расставлены.
Предпоследним уравнивается водород, а по кислороду мы только проверяем!
1. Задание 13: Допишите и уравняйте:
HNO3 + Al → Al(NO3)3 + N2 + H2O
Al + KMnO4 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + … + K2SO4 + H2O
Не спешите, пересчитывая атомы кислорода! Не забывайте умножать, а не складывать индексы и коэффициенты.
Число атомов кислорода в левой и правой части должно сойтись!
Если этого не произошло (при условии, что вы их считаете правильно), значит, где-то ошибка.
Возможные ошибки.
1. Расстановка степеней окисления: проверяйте каждое вещество внимательно.
Часто ошибаются в следующих случаях:
а) степени окисления в водородных соединениях неметаллов: фосфин РН3 — степень окисления у фосфора — отрицательная;
б) в органических веществах — проверьте ещё раз, всё ли окружение атома С учтено;
в) аммиак и соли аммония — в них азот всегда имеет степень окисления −3;
г) кислородные соли и кислоты хлора — в них хлор может иметь степень окисления +1, +3, +5, +7;
д) пероксиды и надпероксиды — в них кислород не имеет степени окисления −2, бывает −1, а в КО2 — даже −(½)
е) двойные оксиды: Fe3O4, Pb3O4 — в них металлы имеют две разные степени окисления, обычно только одна из них участвует в переносе электронов.
Задание 14: Допишите и уравняйте:
Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + …
Задание 15: Допишите и уравняйте:
KO2 + KMnO4 + … → … + … + K2SO4 + H2O
2. Выбор продуктов без учёта переноса электронов — то есть, например, в реакции есть только окислитель без восстановителя или наоборот.
Пример: в реакции MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O свободный хлор часто теряется. Получается, что электроны к марганцу прилетели из космоса…
3. Неверные с химической точки зрения продукты: не может получиться такое вещество, которое вступает во взаимодействие со средой!
а) в кислой среде не может получиться оксид металла, основание, аммиак;
б) в щелочной среде не получится кислота или кислотный оксид;
в) оксид или тем более металл, бурно реагирующие с водой, не образуются в водном растворе.
Задание 16: Найдите в реакциях ошибочные продукты, объясните, почему они не могут получаться в этих условиях:
Ba + HNO3 → BaO + NO2 + H2O
PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + H3PO4 + H2O
P + HNO3 → P2O5 + NO2 + H2O
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe(OH)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
Ответы и решения к заданиям с пояснениями.
Задание 1:
Н+С0О−2Н+Fe+2S2−Ca+2(O−2Cl+)Cl−H2+S2+7O8−2
Задание 2:
2-метилбутен-2: СН3–С−1Н+1=С0(СН3)–СН3
ацетон: (СН3)2С+2=О−2
уксусная кислота: СН3–С+3О−2О−2Н+
Задание 3:
Так как в молекуле дихромата 2 атома хрома, то и электронов они отдают в 2 раза больше — т.е. 6.
6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 +Cr2(SO4)3+ +K2SO4 + 7H2O
| Fe2+ − 1e → Fe3+ | | | |
| 2Cr+6 + 6e → 2Cr3+ |
Задание 4:
Так как в молекуле N2O два атома азота, эту двойку надо учесть в электронном балансе — т.е. перед магнием должен бытькоэффициент 4.
10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
| Mg0 − 2e → Mg2+ | | | |
| 2N+5 + 8e → 2N+ |
Задание 5:
Если среда щелочная, то фосфор +5 будет существовать в виде соли — фосфата калия.
PH3 + 8KMnO4 + 11KOH → 8K2MnO4 + K3PO4 + 7H2O
| Р−3 − 8e → P+5 | | | |
| Mn+7 + 1e → Mn+6 |
Если среда кислая, то фосфин переходит в фосфорную кислоту.
PH3 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + H3PO4 + K2SO4 + H2O
| Р−3 − 8e → P+5 | | | |
| Mn+7 + 5e → Mn+2 |
Задание 6:
Так как цинк — амфотерный металл, в щелочном растворе он образует гидроксокомплекс. В результате расстановки коэффициентов обнаруживается, что вода должна присутствовать в левой части реакции:
KNO3 + 4Zn + 7KOH + 6Н2О → N−3H3+ + 4K2[Zn(OH)4]
| Zn0 − 2e → Zn2+ | | | |
| N+5 + 8e → N−3 |
Задание 7:
Электроны отдают два атома С в молекуле алкена. Поэтому мы должны учесть общее количество отданных всей молекулой электронов:
3СН3-С−1Н=С−2Н2 + 2KMn+7O4 + 4H2O (хол. р-р.) → 3CH3-C0HOH-C−1H2OH + 2Mn+4O2 + 2KOH
| Mn+7 + 3e → Mn+4 | | | ||
| С−1 − 1е → C0 | } | − 2e | |
| С−2 − 1е → C−1 |
| 3СН3-С−1Н=С−2Н2 + 10KMn+7O4 | t° | 3CH3-C+3OOK + 3K2C+4O3 + 10Mn+4O2 + KOH + 4Н2О |
| → |
| Mn+7 + 3e → Mn+4 | | | ||
| С−1 − 4е → C+3 | } | − 2e | |
| С−2 − 6е → C+4 |
Обратите внимание, что из 10 ионов калия 9 распределены между двумя солями, поэтому щелочи получится только однамолекула.
Задание 8:
3MnSO4 + 2KMnO4 + 2Н2O → 5MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4
| Mn2+ − 2e → Mn+4 | | | |
| Mn+7 + 3e → Mn+4 |
В процессе составления баланса мы видим, что на 2 иона К+ приходится 3 сульфат-иона. Значит, помимо сульфата калия образуется ещё серная кислота (2 молекулы).
Задание 9:
3H2S + 2KMnO4 + (H2O) → 3S0 + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O
(перманганат не очень сильный окислитель в растворе; обратите внимание, что вода переходит в процессе уравнивания вправо!)
H2S + 8HNO3 (конц.) → H2S+6O4 + 8NO2 + 4H2O
(концентрированная азотная кислота очень сильный окислитель)
Задание 10:
Не забудьте, что марганец принимает электроны, при этом хлор их должен отдать.
Хлор выделяется в виде простого вещества.
2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
Задание 11:
Чем выше в подгруппе неметалл, тем более он активный окислитель, т.е. хлор в этой реакции будет окислителем. Йод переходит в наиболее устойчивую для него положительную степень окисления +5, образуя йодноватую кислоту.
5Cl2 + I2 + 6H2O → 10HCl + 2HIO3
Задание 12:
H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O
(пероксид — окислитель, т.к. восстановитель — KI)
3H2O2 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3O2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
(пероксид — восстановитель, т.к. окислитель — перманганат калия)
H2O2 + KNO2 → KNO3 + H2O
(пероксид — окислитель, т.к. роль восстановителя более характерна для нитрита калия, который стремится перейти в нитрат)
Задание 13:
36HNO3 + Al → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O
10Al + 6KMnO4 + 24H2SO4 → 5Al2(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24H2O
Задание 14:
В молекуле Fe3O4 из трех атомов железа только один имеет заряд +2. Он окислится в +3.
(Fe+2O • Fe2+3O3)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe+3(NO3)3 + NO + 14H2O
| Fe+2 − 1e → Fe+3 | | | |
| N+5 + 3e → N+2 |
Задание 15:
Общий заряд частицы (О2) в надпероксиде калия KO2 равен −1. Поэтому он может отдать только 1е.
5KO2 + KMnO4 + 4H2SO4 →5O2 + MnSO4 + 3K2SO4 + 4H2O
| (О2)− − 1е → O2 | | | |
| Mn+7 + 5e → Mn+2 |
Задание 16:
Ba + HNO3 → BaO + NO2 + H2O (водный раствор)
Ba + HNO3 → Ba(NO3)2 + NO2 + H2O
PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + H3PO4 + H2O (щелочная среда)
PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + K3PO4 + H2O
P + HNO3 → P2O5 + NO2 + H2O (водный раствор)
P + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe(OH)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O (кислая среда)
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4→ Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
