Из определений понятий " атом-окислитель" и " атом-восстановитель" следует, что только окислительными свойствами обладают атомы в высшей степени окисления. Наоборот, только восстановительными свойствами обладают атомы в низшей степени окисления. Атомы, находящиеся в промежуточных степенях окисления, могут быть как окислителями, так и восстановителями.
Вместе с тем, основываясь только на степени окисления, невозможно однозначно оценить окислительно-восстановительные свойства веществ. В качестве примера рассмотрим соединения элементов VA группы. Соединения азота(V) и сурьмы(V) являются более или менее сильными окислителями, соединения висмута(V) – очень сильные окислители, а соединения фосфора(V) окислительными свойствами практически не обладают. В этом и других подобных случаях имеет значение, насколько данная степень окисления характерна для данного элемента, то есть, насколько устойчивы соединения, содержащие атомы данного элемента в этой степени окисления.
|
|
Любая ОВР протекает в направлении образования более слабого окислителя и более слабого восстановителя. В общем случае возможность протекания какой-либо ОВР, как и любой другой реакции, может быть определена по знаку изменения энергии Гиббса. Кроме того, для количественной оценки окислительно-восстановительной активности веществ используют электрохимические характеристики окислителей и восстановителей (стандартные потенциалы окислительно-восстановительных пар). Основываясь на этих количественных характеристиках, можно построить ряды окислительно-восстановительной активности различных веществ. Известный вам ряд напряжений металлов построен именно таким образом. Этот ряд дает возможность сравнивать восстановительные свойства металлов в водных растворах, находящихся в стандартных условиях (с = 1 моль/л, Т = 298,15 К), а также окислительные свойства простых аквакатионов. Если в верхней строке этого ряда поместить ионы (окислители), а в нижней – атомы металлов (восстановители), то левая часть этого ряда (до водорода) будет выглядеть так:
Li | K | Cs | Ba2 | Rb | Sr2 | Ca2 | Na | Mg2 | Be2 | Al3 | Mn2 | Zn2 | Cr3 | Fe2 | Co2 | Ni2 | Sn2 | Pb2 | H3O |
Li | K | Cs | Ba | Rb | Sr | Ca | Na | Mg | Be | Al | Mn | Zn | Cr | Fe | Co | Ni | Sn | Pb | H2 |
В этом ряду окислительные свойства ионов (верхняя строка) усиливаются слева направо, а восстановительные свойства металлов (нижняя строка), наоборот, справа налево.
Учитывая различия в окислительно-восстановительной активности в разных средах, можно построить аналогичные ряды и для окислителей. Так, для реакций в кислотной среде (pH = 0) получается " продолжение" ряда активности металлов в направлении усиления окислительных свойств
|
|
H3O | Cu2 | I2 | O2 | Fe3 | Ag | HNO2 | Br2 | O2 | MnO2 | Cr2O72 | Cl2 | PbO2 | MnO4 | H2O2 | O3 | CaO2 | Na2O2 | F2 |
H2 | Cu | I | H2O2 | Fe2 | Ag | NO | Br | H2O | Mn2 | Cr3 | Cl | Pb2 | Mn2 | H2O | H2O | H2O | H2O | HF |
Как и в ряду активности металлов, в этом ряду окислительные свойства окислителей (верхняя строка) усиливаются слева направо. Но, используя этот ряд, сравнивать восстановительную активность восстановителей (нижняя строка) можно только в том случае, когда их окисленная форма совпадает с приведенной в верхней строке; в этом случае она усиливается справа налево.
Рассмотрим несколько примеров. Чтобы узнать, возможна ли данная ОВР будем использовать общее правило, определяющее направление протекания окислительно-восстановительных реакций (реакции протекают в направлении образования более слабого окислителя и более слабого восстановителя).
1. Можно ли магнием восстановить кобальт из раствора CoSO4?
Магний более сильный восстановитель, чем кобальт, и ионы Co2 более сильные окислители, чем ионы Mg2 , следовательно, можно.
2. Можно ли раствором FeCl3 окислить медь до CuCl2 в кислотной среде?
Так как ионы Fe3B более сильные окислители, чем ионы Cu2 , а медь более сильный восстановитель, чем ионы Fe2 , то можно.
3. Можно ли, продувая кислород через подкисленный соляной кислотой раствор FeCl2, получить раствор FeCl3?
Казалось бы нет, так как в нашем ряду кислород стоит левее ионов Fe3 и является более слабым окислителем, чем эти ионы. Но в водном растворе кислород практически никогда не восстанавливается до H2O2, в этом случае он восстанавливается до H2O и занимает место между Br2 и MnO2. Следовательно такая реакция возможна, правда, протекает она довольно медленно (почему?).
4. Можно ли в кислотной среде перманганатом калия окислить H2O2?
В этом случае H2O2 восстановитель и восстановитель более сильный, чем ионы Mn2B, а ионы MnO4 окислители более сильные, чем образующийся из пероксида кислород. Следовательно, можно.
Аналогичный ряд, построенный для ОВР в щелочной среде, выглядит следующим образом:
SO42 | H2O | SO32 | CrO42 | NO3 | NO2 | Ag2O | O2 | I2 | MnO4 | HO2 | Br2 | Na2O2 | O3 | Cl2 | F2 |
SO32 | H2 | S | [Cr(OH)6]2 | NO2 | N2O | Ag | OH | I | MnO42 | OH | Br | OH | OH + O2 | Cl | F |
В отличие от " кислотного" ряда, этот ряд нельзя использовать совместно с рядом активности металлов.
Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций), межмолекулярные ОВР, внутримолекулярные ОВР, ОВР дисмутации (диспропорционирования, самоокисления-самовосстановления), ОВР конмутации, пассивация.
- Используя метод электронно-ионого баланса, составьте уравнения реакций, протекающих при добавлении к подкисленному серной кислотой раствору перманганата калия раствора а) H2S {S, точнее, S8}; б) KHS; в) K2S; г) H2SO3; д) KHSO3; е) K2SO3; ё) HNO2; ж) KNO2; и) KI {I2}; к) FeSO4; л) C2H5OH {CH3COOH}; м) CH3CHO; н) (COOH)2 {CO2}; п) K2C2O4. Здесь и далее в необходимых случаях в фигурных скобках указаны продукты окисления.
- Составьте уравнения реакций, протекающих при пропускании следующих газов через подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия: а) C2H2 {CO2}; б) C2H4 {CO2}; в) C3H4(пропин) {CO2 и CH3COOH}; г) C3H6; д) CH4; е) HCHO.
- То же, но раствор восстановителя добавлен к нейтральному раствору перманганата калия: а) KHS; б) K2S; в) KHSO3; г) K2SO3; д) KNO2; е) KI.
- То же, но в раствор перманганата калия предварительно добавлен раствор гидроксида калия: а) K2S {K2SO4}; б) K2SO3; в) KNO2; г) KI {KIO3}.
- Составьте уравнения следующих реакций, протекающих в растворе: а) KMnO4 + H2S ...;
б) KMnO4 + HCl ...;
в) KMnO4 + HBr ...;
г) KMnO4 + HI ... - Составьте следующие уравнения ОВР диоксида марганца:
а) MnO2 + H2SO4 + H2S ; б) MnO2 + H2SO4 + KHS ; в) MnO2 + H2SO4 + K2S ; г) MnO2 + H2SO4 + H2SO3 ; д) MnO2 + H2SO4 + KHSO3 ; е) MnO2 + H2SO4 + K2SO3 ; | ж) MnO2 + H2SO4 + HNO2 ; и) MnO2 + H2SO4 + KNO2 ; к) MnO2 + H2SO4 + KI ; л) MnO2 + H2SO4 + FeSO4 ; м) MnO2 + HCl ; н) MnO2 + HBr ; п) MnO2 + HI . |
- К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия добавлены растворы следующих веществ: а) KHS; б) K2S; в) HNO2; г) KNO2; д) KI; е) FeSO4; ж) CH3CH2CHO; и) H2SO3; к) KHSO3; л) K2SO3. Составьте уравнения протекающих реакций.
- То же, но через раствор пропущены следующие газы: а) H2S; б) SO2.
- К раствору хромата калия, содержащему гидроксид калия, добавлены растворы а) K2S {K2SO4}; б) K2SO3; в) KNO2; г) KI {KIO3}. Составьте уравнения протекающих реакций.
- К раствору хлорида хрома(III) прибавили раствор гидроксида калия до растворения первоначально образовавшегося осадка, а затем – бромную воду. Составьте уравнения протекающих реакций.
- То же, но на последнем этапе был добавлен раствор пероксодисульфата калия K2S2O8, восстановивегося в процессе реакции до сульфата.
- Составьте уравнения реакций, протекающих в растворе:
а) CrCl2 + FeCl3 ; б) CrSO4 + FeCl3 ; в) CrSO4 + H2SO4 + O2 ;
|
|
г) CrSO4 + H2SO4 + MnO2 ; д) CrSO4 + H2SO4 + KMnO4 .
- Составьте уравнения реакций, протекающих между твердым триоксидом хрома и следующими веществами: а) C; б) CO; в) S {SO2}; г) H2S; д) NH3; е) C2H5OH {CO2 и H2O}; ж) CH3COCH3.
- Составьте уравнения реакций, протекающих при добавлении в концентрированную азотную кислоту следующих веществ: а) S {H2SO4}; б) P4 {(HPO3)4}; в) графит; г) Se; д) I2 {HIO3}; е) Ag; ж) Cu; и) Pb; к) KF; л) FeO; м) FeS; н) MgO; п) MgS; р) Fe(OH)2; с) P2O3; т) As2O3 {H3AsO4}; у) As2S3; ф) Fe(NO3)2; х) P4O10; ц) Cu2S.
- То же, но при пропускании следующих газов: а) CO; б) H2S; в) N2O; г) NH3; д) NO; е) H2Se; ж) HI.
- Одинаково, или по-разному будут протекать реакции в следующих случаях: а) в высокую пробирку на две трети заполненную концентрированной азотной кислотой, поместили кусочек магния; б) на поверхность магниевой пластины поместили каплю концентрированной азотной кислоты? Составьте уравнения реакций.
- В чем отличие реакции концентрированной азотной кислоты с сероводородной кислотой и с газообразным сероводородом? Составьте уравнения реакций.
- Одинаково ли будут протекать ОВР при добавлении к концентрированному раствору азотной кислоты безводного кристаллического сульфида натрия и его 0,1 M раствора?
- Концентрированной азотной кислотой обработали смесь следующих веществ: Cu, Fe, Zn, Si и Cr. Составьте уравнения протекающих реакций.
- Составьте уравнения реакций, протекающих при добавлении в разбавленную азотную кислоту следующих веществ: а) I2; б) Mg; в) Al; г) Fe; д) FeO; е) FeS; ж) Fe(OH)2; и) Fe(OH)3; к) MnS; л) Cu2S; м) CuS; н) CuO; п) Na2Sкр; р) Na2Sр; с) P4O10.
- Какие процессы будут протекать при пропускании через разбавленный раствор азотной кислоты а) аммиака, б) сероводорода, в) диоксида углерода?
- Составьте уравнения реакций, протекающих при добавлении в концентрированную серную кислоту следующих веществ: а) Ag; б) Cu; в) графит; г) HCOOH; д) С6H12O6; е) NaClкр; ж) C2H5OH.
- При пропускании через холодную концентрированную серную кислоту сероводорода образуется S и SO2, горячая концентрированная H2SO4 окисляет серу до SO2. Составьте уравнения реакций. Как будет протекать реакция между горячей концентрированной H2SO4 и сероводородом?
- Почему хлороводород получают, обрабатывая кристаллический хлорид натрия концентрированной серной кислотой, а бромоводород и йодоводород этим способом не получают?
- Составьте уравнения реакций, протекающих при взаимодействии разбавленной серной кислоты с а) Zn, б) Al, в) Fe, г) хромом в отсутствии кислорода, д) хромом на воздухе.
- Составьте уравнения реакций, характеризующих окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода:
а) H2O2 + H2SO4 + H2S ; б) H2O2 + H2SO4 + KI ; в) H2O2 + H2SO4 + K2Cr2O7 ; г) H2O2 + KOH + PbO2 ; д) H2O2 + H2SO4 + KMnO4 ; е) H2O2 + H2SO4 + KNO2 ; ж) H2O2 + H2SO4 + Cl2 ; | и) H2O2 + H2SO4 + FeSO4 ; к) H2O2 + H2SO4 + Br2 ; л) H2O2 + KI ; м) H2O2 + Cl2 ; н) H2O2 + H2SO4 + Na2SO3 ; п) H2O2 + Na2SO3 ; р) H2O2 + Ag2O ; | с) H2O2 + PbS ; т) H2O2 + KOH + KClO ; у) H2O2 + Ca(ClO)2 ; ф) H2O2 + KOH + K2SO3 ; х) H2O2 + KOH + KI ; ц) H2O2 + KOH + K3[Cr(OH)6] ; ч) H2O2 + KOH + KMnO4 . |
В каких из этих реакций пероксид водорода является окислителем, а в каких – восстановителем?
|
|
- Какие реакции протекают при нагревании следующих веществ: а) (NH4)2CrO4; б) NaNO3; в) CaCO3; г) Al(NO3)3; д) Pb(NO3)3; е) AgNO3; ж) Hg(NO3)2; и) Cu(NO3)2; к) CuO; л) NaClO4; м) Ca(ClO4)2; н) Fe(NO3)2; п) PCl5; р) MnCl4; с) H2C2O4; т) LiNO3; у) HgO; ф) Ca(NO3)2; х) Fe(OH)3; ц) CuCl2; ч) KClO3; ш) KClO2; щ) CrO3?
- При сливании горячих растворов хлорида аммония и нитрата калия протекает реакция, сопровождающаяся выделением газа. Составьте уравнение этой реакции.
- Составьте уравнения реакций, протекающих при пропускании через холодный раствор гидроксида натрия а) хлора, б) паров брома. То же, но через горячий раствор.
- При взаимодействии с горячим концентрированным раствором гидроксида калия селен подвергается дисмутации до ближайших устойчивых степеней окисления (–II и +IV). Составьте уравнение этой ОВР.
- При тех же условиях сера подвергается аналогичной дисмутации, но при этом избыток серы реагирует с сульфит-ионами с образованием тиосульфат ионов S2O32 . Составьте уравнения протекающих реакций.
- Цинк, алюминий и " аморфный" кремний реагируют с концентрированным раствором гидроксида натрия с выделением водорода. Составьте уравнения этих реакций, используя метод электронно-ионного баланса.
- Составьте уравнения следующих реакций:
а) NaH + H2O ; б) Ca(ClO)2 + HCl ; в) H2S + SO2 ; г) Se + Cl2 + H2O ; д) H2S + HClO ; е) NaClO + KI + H2SO4 ; ж) Ca(ClO)2 + NaBr ; и) MnO2 + H2C2O4 + H2SO4 ; к) MgI2 + H2O2 + H2SO4 ; л) Cu2O + HNO3(к) ; м) Fe(OH)2 + H2O + O2 ; н) Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3; | п) NaIO3 + H2SO4 + SO2 ; р) PH3 + KMnO4 + H2SO4 ; с) FeSO4 + O2 + H2SO4 ; т) NaNO2 + O3 ; у) Na3[Cr(OH)6] + PbO2 + NaOH ; ф) AgNO3 + AsH3 + H2O ; х) KIO3 + KI + H2SO4 ; ц) CrSO4 + H2SO4 + K2Cr2O7 ; ч) Cu + FeCl3 ; ш) Zn + FeCl3 ; щ) Mn2O7 + C ; d) Mn2O7 + S ; | f) Mn2O7 + H2S ; g) Mn2O7 + CH3COOH ; h) KNO2 + H2SO4 + KI ; i) KNO2 + H2SO4 + H2S ; j) KNO2 + [N2H5]Cl + HCl k) FeS2 + HNO3(к) ; l) FeS2 + HNO3(р) ; m) NaBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 ; q) Cu(OH)2 + N2H4 + NaOH r) Br2 + Na2CO3(p) (t); s) Mg + NO (t); t) Li + N2O (t). |
- Составьте уравнения реакций электролиза расплавов следующих соединений: а) KCl; б) CaBr2; в) AlF3; г) NaOH; д) Ba(OH)2.
- Электролизу подвергались следующие вещества: а) NiSO4; б) NiCl2; в) AgNO3; г) NaOH; д) Pb(NO3)2. Реакции проводились в растворе с использованием инертного анода. Составьте уравнения этих реакций, используя метод электронно-ионного баланса.
- Составьте уравнения реакций электролиза а) раствора нитрата меди с серебряным анодом, б) раствора нитрата свинца с медным анодом.
Опыт 1. Окислительные свойства перманганата калия в кислотной среде. K 3-4 каплям раствора перманганата калия прилить равный объем разбавленного раствора серной кислоты, а затем раствор сульфита натрия до обесцвечивания. Составить уравнение реакции. Опыт 2. Окислительные свойства перманганата калия в нейтральной среде. К 3-4 каплям раствора перманганата калия прилить 5-6 капель раствора сульфита натрия. Какое вещество выделилось в виде осадка? Опыт 3. Окислительные свойства перманганата калия в щелочной среде. К 3-4 каплям раствора перманганата калия прилить 10 капель концентрированного раствора гидроксида натрия и 2 капли раствора сульфита натрия. Раствор должен приобрести зеленую окраску. Опыт 4. Окислительные свойства дихромата калия в кислотной среде. 6 капель раствора дихромата калия подкислить четырьмя каплями разбавленного раствора серной кислоты и добавить раствор сульфита натрия до изменения окраски смеси. Опыт 5. Окислительные свойства разбавленной серной кислоты. В одну пробирку поместить гранулу цинка, а в другую – кусочек медной ленты. В обе пробирки добавить 8-10 капель разбавленного раствора серной кислоты. Сравнить происходящие явления. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! Опыт 6. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты. Аналогично опыту 5, но добавить концентрированный раствор серной кислоты. Через минуту после начала выделения газообразных продуктов реакции ввести в пробирки полоски фильтровальной бумаги, смоченные растворами перманганата калия и сульфата меди. Объяснить происходящие явления. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! Опыт 7. Окислительные свойства разбавленной азотной кислоты. Аналогично опыту 5, но добавить разбавленный раствор азотной кислоты. Наблюдать изменение цвета газообразных продуктов реакции. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! Опыт 8. Окислительные свойства концентрированной азотной кислоты. В пробирку поместить кусочек медной ленты и прилить 10 капель концентрированного раствора азотной кислоты. Осторожно нагреть до полного растворения металла. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! Опыт 9. Окислительные свойства нитрита калия. К 5-6 каплям раствора нитрита калия прилить равный объем разбавленного раствора серной кислоты и 5 капель раствора иодида калия. Образование каких веществ наблюдается? Опыт 10. Восстановительные свойства нитрита калия. К 5-6 каплям раствора перманганата калия добавить равный объем разбавленного раствора серной кислоты и раствор нитрита калия до полного обесцвечивания смеси. Опыт 11. Термическое разложение нитрата меди. Один микрошпатель тригидрата нитрата меди поместить в пробирку, закрепить ее в штативе и осторожно нагреть открытым пламенем. Наблюдать обезвоживание и последующее разложение соли. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! Опыт 12. Термическое разложение нитрата свинца. Провести аналогично опыту 11, поместив в пробирку нитрат свинца. ОПЫТ ПРОВОДИТЬ В ВЫТЯЖНОМ ШКАФУ! В чем отличие процессов, протекающих при разложении этих солей? |