Примеры решения задач

Задача 1: Определите степень окисления серы в соединениях: Н₂S, Na₂S₂O₃, H₂SO₃, H₂SO₄.

Решение: При определении степени окисления (СО) элемента в молекуле исходят из предпосылок:

- молекула в целом электронейтральная;

- все связи в молекуле ионные;

- из двух соседствующих атомов отрицательный заряд приобретает тот, который более электроорицателен;

- СО между одинаковыми атомами равно нулю;

- водород (протон) всегда имеет СО +1, кроме в молекулах гидридов, где водород имеет СО равная -1;

- СО кислорода (кроме с фтором) всегда равна -2.

Таким образом: (Н⁺¹₂S^х)^о, 2(+1) + х = 0; х = -2;

(Na⁺¹₂S^х₂O^-2₃)⁰ , 2(+1) + 2х + 3(-2) =0, 2х = 6 – 2= 4, х= 2;

(H⁺¹₂S^хO^-2₃), 2(+1) + х + 3(-2) =0, х= 6- 2=4;

(H⁺¹₂S^хO^-2₄), 2(+1) + х + 4(-2) =0, х= 8 - 2= 6;

Задача 2: Методами электронного баланса и полуреакций расставить коэффициенты в межмолекулярной окислительно-восстановительной реакции

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Fe₂ (SO₄)₃ + MnSO₄+ K₂SO₄ + H₂O

Решение: Определив степени окисления элементов, находящиеся в молекулах, участвующих в ОВР можно убедиться, что железо (II) окисляется в железо (Ш), а марганец (VII) восстанавливается до марганца (II).

Fe⁺² – 1е^- Fe⁺³, Mn⁺⁷ + 5е^- Mn⁺⁷

а) метод электронного баланса предусматривает уравнивание количества электронов в процессах окисления и восстановления. Так как в продуктах реакции имеем два атома железа, то при составлении ионных полуреакций необходимо электронный баланс вести из расчета двух ионов железа (II)):

2Fe⁺² – 2е^- 2Fe⁺³ (х5)

Mn⁺⁷ + 5е^- Mn⁺² (х2)

10Fe⁺² + 2Mn⁺⁷ 10Fe⁺³ + 2Mn⁺⁷

Переставляя соответствующие коэффициенты в уравнении реакции, получим:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + H₂SO₄ 5Fe₂ (SO₄)₃ + 2MnSO₄+ K₂SO₄ + H₂O

Коэффициенты перед серной кислотой можно вычислить как разницу между количеств сульфат анионов в продуктах и исходных реагентов реакции. (3х5 + 2 + 1) – 10 = 8

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ 5Fe₂ (SO₄)₃ + 2MnSO₄+ K₂SO₄ + H₂O

Коэффициенты для молекул воды получим из количеств протонов в серной кислоте. Так, из 2х8=16 водородов получатся 16: 2=8 молекул воды. Таким образом, можно написать окончательное уравнение окислительно-восстановительной реакции:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ 5Fe₂ (SO₄)₃ + 2MnSO₄+ K₂SO₄ + 8H₂O

б) В методе полуреакций заряженные ионы- окислители и восстановители рассматриваются а составе катионов или анионов сложных молекул. Например, марганец (VII) в анионе (MnO₄)^2-:

2Fe⁺² – 2е^- 2Fe⁺³ (х5)

(Mn⁺⁷O₄)^{2 -} + 8Н⁺ + 5е- Mn⁺² + 4 H₂O (х2)

10Fe⁺² + 2(Mn⁺⁷O₄)^{2 -} + 16Н⁺ 10Fe⁺³ + 5 Mn⁺² + 8H₂O или

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ 5Fe₂ (SO₄)₃ + 2MnSO₄+ K₂SO₄ + 8H₂O

Задача 3: Закончите реакцию и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Na₂AsO₃ + KMnO₄ + KOH Ma₂AsO₄ + ......

Решение: После определения СО можно убедиться, что в данной реакции Na₂AsO₃ - восстановитель, так как As⁺⁴ -2е^- As⁺⁶. Из этого следует, что KMnO₄ – окислитель. Известно, что в зависимости от рН среды Mn⁺⁷ может по - разному восстанавливаться, а именно:

^{рН >7} Mn⁺⁶ (MnO₄)^-2

Mn^{+7 рН=7} Mn⁺⁴ (MnO₂)

^рН<7 Mn⁺²

Так как в нашем случае реакция протекает в присутствии щелочи, то рН>7 и продуктом реакции будет К₂Mn₂O₄ и вода.

Na₂AsO₃ + KMnO₄ + KOH Na₂AsO₄ + К₂MnO₄ + H₂O

Как было описано выше, расставим коэффициенты, методом электронного баланса:

Mn⁺⁷ + е^- Mn⁺⁶ (х 2)

As⁺⁴ - 2е^- As⁺⁶ (х1)

Расчеты показывают, что в этой реакции коэффициенты не нужны, так как она уже уравнена.

Задача № 4. Закончите реакцию и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Na[Cr(OH)₄] + CI₂ + NaOH Na₂CrO₄ + ......

Решение: Необходимо определить окислитель и восстановитель. Для этого необходимо вычислить степени окисления атомов, входящих в состав исходных и конечных продуктов реакции. В молекуле Na[Cr(OH)₄] степень окисления хрома равен +3, а в молекуле Na₂CrO₄ - + 6. Следовательно, в окислительно-восстановительной реакции, молекула Na[Cr(OH)₄] является восстановителем, где атомы хрома окисляются, теряя 3 электрона:

Cr³⁺ - 3e^- Cr³⁺

Если атомы хрома отдают электроны, следовательно, другие атомы принимают эти электроны, то есть восстанавливаются. Необходимо, путем логических соображений определить, какие атомы могут восстанавливаться?

Легко догадаться, что эти электроны переходят к молекуле хлора, которая, восстанавливаясь, является окислителем.

CI₂ + 2е^- 2CI^-

Таким образом, мы определили окислитель и восстановитель в данной реакции. Остается определить, в какое соединение переходят молекулы хлора после восстановления. Так как в реак4ции участвуют молекулы гидроксида натрия, то ионы CI^- в реакционной среде находятся в виде хлорида натрия. теперь мы можем написать молекулярное уравнение окислительно - восстановительной реакции:

Na[Cr(OH)₄] + CI₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaCl + H₂O

Составим электронный баланс.

Cr³⁺ - 3e^- Cr³⁺ 3 2

CI₂ + 2е^- 2CI^- 2 3

Расставим коэффициенты:

2Na[Cr(OH)₄] + 3CI₂ + 8NaOH 2Na₂CrO₄ + 6NaCl + 8H₂O

Задача № 5. Закончите реакцию и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

KBrO KBr + .......

Решение: В отличие от предыдущей задачи, здесь и окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле. Такие реакции относятся к окислительно - восстановительным реакциям внутримолекулярного диспропроционирования. То есть, один и тот элемент является и окислителем и восстановителем. Такое может быт у поливалентных элементов, которые в реагирующей молекуле находятся в промежуточной степени окисления.

В данном случае, таки элементом является бром, атомы которого в молекуле гипобромида калия обладают степенью окисления +1. Известно, что бром способен проявлять степени окисления от +7 до -1. Наличие одного продукта в реакции, бромида калия показывает, что один атом брома восстанавливается, принимая 2 электрона. Следовательно, другой атом брома восстанавливается, отдавая эти электроны. При этом, возможны различные варианты, так как атом брома может восстанавливаться до степени окисления +3,+5,+7. Поэтому, эта задача может иметь несколько вариантов решений. Предположим, что атом брома восстанавливается до степени окисления +5. Тогда можем составить электронный баланс, предположив, что образуется калиевая соль НВrО₃ кислоты - КВrО₃.

Br⁺¹ + 2e^- Br^-1 2 3

Br⁺¹ - 6e^- Br⁺⁵ 6 1

В случаях с реакциями диспрпорционирования, коэффициенты расставляют, начиная с правой стороны. То есть, коэффициент 3 ставится перед продуктом, где бром находится в степени окисления -1.А перед продуктом, в котором бром находится в степени окисления +5, коэффициент не ставится, так как его коэффициент равен 1. Тогда легко убедиться, что в правой стороне имеем 4 атомов калия и столько же брома. Поэтому, в левой стороне необходимо расставить коэффициент 4. Однако, при этом не будут уравнены атомы кислорода. Таким образом, предполагаемая реакция не может быть осуществлена без участия других веществ (например вода.)

4KBrO 3KBr + КВrО₃.

Предположим, что атом брома окисляется до степени окисления +7 и образуется пербромат калия КBrO₄.

Br⁺¹ + 2e^- Br^-1 2 4

Br⁺¹ - 8e^- Br⁺⁷ 8 1

Аналогично выше описанному, расставим коэффициенты и убедимся, что этот вариант тоже не приемлем:

5KBrO 4KBr + КВrО₄.

Рассмотрим вариант, когда атом брома окисляется до степени окисления +3, то есть образуется соль КBrO₂:

Br⁺¹ + 2e^- Br^-1 2 2

Br⁺¹ - 4e^- Br⁺³ 4 1

3KBrO 2KBr + КВrО₂.

Таким образом, эта реакция не может быт реакцией внутримолекулярного диспропорционирования.

Остается предположить, что это внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция, где окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле, но представляют собой разные атомы, то есть атомы кислорода и брома. Тогда:

Br⁺¹ + 2e^- Br^-1 2 2

2О^-2 - 4e^- О₂^о 4 1

2KBrO 2KBr + О₂.