- •При выборе задания исходить из того, что задала преподаватель на уст.Лекции!!! введение
- •1.1. Электронная структура атомов. Зависимость свойств элементов строения их атомов
- •1.2. Строение атомных ядер. Радиоактивность. Ядерные реакции
- •2. Основные закономерности протеканий химических реакций
- •2.1.Энергетика химических реакций. Химико- термодинамические расчеты
- •2.2.Скорость химических реакций. Химическое равновесие
- •3.Растворы электролитов. Слабые электролиты. Константа и степень диссоциации
- •4.Окислительно-восстановительные реакции.
- •4.1. Степень окисленности
- •4.2. Окислители и восстановители
- •4.3.Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •5. Химические источники электрической энергии. Электродные потенциалы
- •6. Электролиз
- •7.Варианты контрольной работы
- •1. Строение атома
4.Окислительно-восстановительные реакции.
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ
4.1. Степень окисленности
Степень окисленности элемента в соединении определяется как число электронов, смещенных от атома данного элемента к другим атомам (при положительной окисленности) или от других атомов к атому данного элемента (при отрицательной окисленности).
Для вычисления степени окисленности элемента в соединении следует исходить из следующих положений: 1) степени окисленности элементов в простых веществах принимаются равными нулю; 2) алгебраическая сумма степеней окисленности всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю; 3) постоянную степень окисленности в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы II группы, цинк и кадмий (+2); 4) водород проявляет степень окисленности +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH2 и т. п.), где его степень окисленности равна —1; 5) степень окисленности кислорода в соединениях равна —2, за исключением пероксидов (— 1) и фторида кислорода OF2 (+2).
Исходя из сказанного, легко, например, установить, что в соединениях NH3, N2H4, NH2OH, N2O, NO, HNO3, N02 и HNO3 степень окисленности азота соответственно равна -3, —2, —1, +1, +2, +3, +4, +5.
Окислительно-восстановительными называются такие реакции, в результате которых изменяется степень окисленности одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Отдача атомом электронов, сопровождающаяся повышением его степени окисленности, называется окислением; присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисленности, называется восстановлением.
Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем; вещество, содержащее восстанавливающийся элемент, называется окислителем. Так, в реакции: 4А1 + ЗО2 = 2А12О3 алюминий повышает степень окисленности от 0 до +3 и служит восстановителем; в результате реакции восстановленная форма алюминия (свободный алюминий) окисляется и превращается в сопряженную с ней окисленную форму (алюминий в степени окисленности +3). Кислород в этой реакции понижает степень окисленности от 0 до —2 и служит окислителем; в результате реакции окисленная форма кислорода (свободный кислород) восстанавливается и превращается в сопряженную с ней восстановленную форму (кислород в степени окисленности —2). Оба процесса — окисление и восстановление — протекают одновременно. При этом общее число электронов, отданных восстановителем, равно общему числу электронов, принятых окислителем, В рассмотренной реакции взаимодействуют два вещества, одно из которых служит окислителем (кислород), а другое — восстановителем (алюминий). Такие реакции относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления. Реакция 4HSPO3 = ЗН3РО4 + РН3 служит примером реакций самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования), в которых одновременно образуются соединения, содержащие данный элемент в более окисленном и в более восстановленном состоянии по сравнению с исходным; при этом исходное вещество проявляет функции как окислителя, так и восстановителя. В последней реакции фосфористая кислота НзРО3 (степень окисленности фосфора +3) выступает одновременно в роли окислителя, причем фосфор восстанавливается до степени окисленности —3 (РН3), и в роли восстановителя, причем фосфор окисляется до степени окисленности +5 (НзРО4). Подобные реакции возможны, если соответствующий элемент находится в исходном соединении в промежуточной степени окисленности; так, в рассмотренном примере степень окисленности фосфора в исходном соединении (+З) имеет промежуточное значение между возможными максимальной (+5) и минимальной (—3) степенями окисленности этого элемента. В реакции (NH4)2Cr207 = N2 + Cr203 + 4Н20 восстанавливается хром, понижающий степень окисленности от +6 до +3, а окисляется азот, повышающий степень окисленности от -3 до 0. Оба эти элемента входят в состав одного и того же исходного вещества. Реакции такого типа называются реакциями внутримопекулярного окисления-восстановления. К ним относятся, в частности, многие реакции термического разложения сложных веществ.
Задачи
Определить степень окисленности серы в следующих соединениях: SO2, H2S, Na2SO3, CS2, H2SO4, As2S3.
Определить степень окисленности хрома в следующих соединениях: К2СгО4, Сг2О3, Fe(CrO2)2, K2Cr2O7, Cr2(SO4)3 , Na3[Cr(OH)6].
Указать, какие из приведенных процессов представляют собой окисление и какие — восстановление: S→SO42-; S→S2-; Sn→Sn4+; К→К+; Br2→2Br; 2Н+→Н2; Н2→2Н-; V2+→VO3-; Сℓ→СℓО3 -; IО3 -→I2; МпО4-→МпО42-.
Указать, в каких из приведенных процессов происходит окисление азота и в каких — восстановление, как изменяется в каждом случае степень окисленноста азота: NH4+→N2; NO3- →NO; NO2-→N03-; NO2→NO2-.
Какие из следующих реакций относятся к окислительно-восстановительным?
а) Н2 + Вг2 = 2НВг
б) NH4C1 = NH3 + НС1
в) NH4NO3 = N2O + 2Н2О
г) 2K2CrO4 +H2SO4 =-K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
д) НзВОз + 4HF = HBF4 + ЗН2О
е) Fe + S=FeS
Для следующих реакций указать, какие вещества и за счет каких именно элементов играют роль окислителей и какие — восстановителей:
а) S02 + Вг2 + 2Н2О = 2HBr + H2SO4
б) Mg + H2SO4 = MgSO4 + Н2
в) Си + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 +2H2O
г) 3I2 + 6КОН = КIО3 + 5KI + ЗН2О
Какие из приведенных реакций относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления, к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления и к реакциям диспропорционирования?
а) 4КМnО4 + 4КОН = 4К2МnО4 +О2 + 2Н2О
б) H2SO3 + 2H2S = 3S + ЗН2О
в) NH4NO2 = N2 + ЗН2О
г) 4Р + ЗКОН + ЗН2О = РН3 + ЗКН2Р02
д) 2Н2О2 = 2Н2О + О2
е) 2KMnO4 + 3MnSO4 + 4Н2О = 5MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4
Указать, какие из перечисленных реакций относятся к окислительно-восстановительным:
а) Cr2(S04)3 + 6RbOH = 2Cr(OH)3 + 3Rb2SO4
б) 2Rb + 2Н2О = 2RbOH + Н2
в) 2CuI2 = 2CuI + I2
г) NH4C1 + NaOH == NaCl + NH3 + H2O
д)2К4 [Fe(CN)6] + Br2 = 2Кз [Fe(CN)6] + 2КВг
Среди приведенных превращений указать реакции диспропорционирования:
а) S + КОН → K2SO3 + K2S + Н2О
б) Аи2О3 →Au + O2
в) НС1+ СгО3 →СгС13 + С12 + Н2О
г) НСlО3 → С1О2 + НСlО4
д) N2H4 → N2 + NH3
е) AgNO3 → Ag+NO2 + O2
До каких продуктов может быть окислена вода: а) до О2 и Н+; б) до ОН- и Н2; в) до 2ОН-?
В каких из указанных превращений кислород выполняет функции восстановителя:
а) Ag2O →Ag + О2
б) F + Н2О → HF + О2
в) ΝН3 + О2 → N2 + Н2О
г) AgNO3 + КОН + Н2О2 →Ag + KNO3 + О2