Решение типовых задач

Задача 1. Составьте электронные уравнения, расставьте коэффициенты в схеме приведенной ниже реакции, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления:

PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → H₃PO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O.

Решение. Определяем степень окисления всех элементов исходных веществ и продуктов реакции:

_{–3 +1 +1 +7 –2 +1 +6 –2 +1 +5 –2 +1+6 –2 +2 +6 –2 +1 –2}

PH₃ + KMnO₄+ H₂SO₄ → H₃PO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O.

В H₂SO₄ элементы не меняют свою степень окисления, и это соединение является средой данной реакции.

Находим элементы, которые меняют свою степень окисления в процессе реакции, и записываем электронные уравнения реакций окисления и восстановления.

P^–3 – 8e^– → P⁺⁵ окисление, РН₃ – восстановитель,

Mn⁺⁷ + 5e^– → Mn⁺² восстановление, KMnO₄ – окислитель.

нок = 8 ∙ 5 = 40

Так как число отданных восстановителем электронов должно равняться числу принятых электронов окислителем, то общее количество электронов переходящих от P^–3 к Mn⁺⁷ равно 8 ∙ 5 = 40. Исходя из этого расчета, определяем коэффициенты у окислителя и восстановителя (40 : 8 = 5 и 40 : 5 = 8). Выставляем полученные коэффициенты в исходных и конечных веществах у восстановителя и окислителя и продуктов их окисления и восстановления.

Коэффициенты перед остальными участниками реакции рассчитываются, исходя из материального баланса процесса в следующей последовательности: атомы металлов – слева направо, кислотные остатки – справа налево, затем водород. В данной реакции атомов калия в левой части уравнения 8, в правой 2, значит перед K₂SO₄ ставим коэффициент 4. Кислотных остатков SO₄^–2 в правой части уравнения 12, а в левой 1, значит перед H₂SO₄ ставим коэффициент 12; атомов водорода в левой части уравнения 5∙3 + 12∙2 = 39, а в правой 5∙3+2 = 17. Уравнивание водорода производим за счёт молекул воды и ставим перед ней коэффициент 12.

5PH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 4K₂SO₄ + 8MnSO₄ + 12H₂O

Правильность расчета коэффициентов определяем по кислороду: если его количество в левой части уравнения совпадает с количеством в правой части уравнения, то уравнение составлено правильно.

8∙4 + 12∙4 = 80 (слева), 5∙4 + 4∙4 + 8∙4 + 12 = 80 (справа).

Задача 2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: KMnO₄ и HNO₃; H₂S и H₂SO₃?

Решение. Определяем степени окисления элементов первой пары веществ:

+1 +7 –2 +1+5 –2

KMnO₄ и HNO₃.

Между этими веществами невозможна окислительно-восстановительная реакция, так как и марганец, и азот имеют высшую степень окисления, а, следовательно, и KMnO₄, и HNO₃ могут только восстанавливаться, т.е. принимать электроны.

+1 –2 +1 +4 –2

В паре H₂S и H₂SO₃ реакция возможна, так как H₂S содержит серу в минимальной степени окисления и может выступать только в качестве восстановителя, а H₂SO₃ содержит серу в промежуточной степени окисления и может выступать как в роли окислителя, так и восстановителя. В паре H₂S и H₂SO₃ сероводород будет выполнять функцию восстановителя (S^–2 – 2 e^– → S⁰), а сернистая кислота будет выполнять функцию окислителя (S⁺⁴ + 4 e^– → S⁰).

Задача 3. Какую функцию могут выполнять Pb, PbO и PbO₂ в окислительно-восстановительных реакциях?

Решение. Находим степень окисления Pb в названных веществах: Pb⁰. 0 – это минимальная степень окисления и Pb (металл) может быть только восстановителем.

Pb⁺²O ^–2. +2 – это промежуточная степень окисления свинца и PbO может быть окислителем (Pb⁺² +2е ^–→ Pb⁰) и восстановителем (Pb⁺² – 2е ^– → Pb⁺⁴).

Pb⁺⁴O₂ ^–2. +4 – это максимальная степень окисления свинца и PbO₂ может быть только окислителем (Pb⁺⁴ + 2е ^– → Pb⁺² или Pb⁺⁴ + 4е ^– → Pb⁰).