9. Окислительно-восстановительные реакции

Типовая задача

Составить уравнение реакции окисления сероводорода хлорной водой. Реакция протекает по схеме:

H₂S + Cl₂ + H₂O → H₂SO₄ + HCl

Определить тип окислительно-восстановительной реакции. Рассчитать эквивалентные массы окислителя и восстановителя. Определить возможность протекания реакции в указанном направлении.

Решение. 1. Определяем степени окисления атомов элементов, которые входят в состав молекул веществ участников реакции.

+1 -2 0 +1 -2 +1+6 -2 +1-1

H₂S + Cl₂+ H₂O → H₂SO₄ + HCl

В ходе процесса атомы двух элементов - серы и хлора - изменили степень окисления. Сера повысила степень окисления с -2 до +6, отдав при этом восемь электронов:

S²⁻ – 8e^-→ S⁶⁺,

В данном процессе атом серы является восстановителем

Хлор понизил степень окисления с 0 до -1, принимая два электрона (поскольку атомов два):

Cl₂⁰ + 2 e^- → 2Cl ⁻

Атомы хлора выступают в роли окислителя.

Применяя метод электронно-ионного баланса, составляем соответствующие полуреакции.

При составлении уравнения полуреакции окисления серы исходим из схемы: H₂S→SO₄²⁻. Сероводород записываем в молекулярном виде, поскольку это соединение является слабым электролитом. Серная кислота – сильный электролит при диссоциации, которого в растворе, образуются анионы SO₄²⁻.

В ходе процесса атом серы связывается с четырьмя атомами кислорода, источниками которых являются четыре молекулы воды. При этом образуются восемь ионов водорода. Еще два иона водорода высвобождаются из молекулы сероводорода.

H₂S + 4H₂O – 8e^- → SO₄²⁻ + 10H⁺

Записываем две полученные полуреакции, указываем окислитель и восстановитель и уравниваем количество электронов отданных серой и принятых хлором:

	Cl20 + 2 e- → 2Cl−	2	8	4	восстановление
	H2S + 4H2O – 8e- → SO42−+ 10H+	8		1	окисление

4Cl₂⁰ + H₂S + 4H₂O → 8Cl^- + SO₄²⁻ + 10H⁺

Полученные коэффициенты расставляем в схеме реакции:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O → H₂SO₄ + 8HCl

Данная реакция относится к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления, поскольку элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав молекул разных соединений.

2. Рассчитываем молярную массу химического эквивалента (эквивалентную массу) окислителя:

, где

m_Э –молярная масса химического эквивалента (эквивалентная масса), г/моль

М(окисл) – молярная масса окислителя, г/моль;

n – число электронов, участвующих в полуреакции.

Аналогично рассчитываем молярную массу эквивалента восстановителя:

3. Чтобы сделать вывод о возможности протекания реакции в указанном направлении, необходимо рассчитать величину ее ЭДС.

В реакции участвуют две электрохимические системы; пользуясь данными таблицы П.2, в приложении запишем значения их стандартных потенциалов:

Cl20 + 2 e- → 2Cl−	φ0=1,36 В
H2S + 4H2O – 8e- → SO42− + 10H+	φ0= 0,31 В

Е⁰_{реакции}= φ⁰_окисл – φ⁰_восст=1,36 – 0,31 = 1,05 В

Величина стандартной ЭДС реакции больше нуля. Реакция будет протекать в рассматриваемом направлении.

Варианты заданий

Таблица 9

№	Схема реакции
1	2
	KMnO4 + KOH → K2MnO4 + O2 + H2O
	H2SO3 + H2S → S + H2O
	NH4NO2 → N2 + H2O
	H2O2 → H2O + O2
	Cl2 + NaOH → NaClO + NaCl + H2O
	KClO3 → KCl + KClO4
	K2Cr2O7 + K2SO3 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
	PbO2 + MnSO4 + HNO3 → PbSO4 +HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O
	NaI + KMnO4 + KOH → I2 + K2MnO4 + NaOH
	S + KClO3 + H2O → Cl2 + K2SO4 + H2SO4
	KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
	I2 + KOH → KIO3 + KI + H2O
	AgNO3 → Ag + NO2 + O2
	H2S + KMnO4 + H2SO4 → S + Mn SO4 + K2SO4 + H2O
	KI + HNO3 + H2SO4 → K2SO4 + I2 + NO2 + H2O
	Zn + K2Cr2O7 + H2SO4 → ZnSO4 + Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
	HNO3 → NO2 + H2O + O2
	KMnO4 + Na2SO3 + KOH → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
	FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
	KI + H2SO4 + H2O2 → I2 + K2SO4 + H2O
	NaNO3 → NaNO2 + O2
	K2Cr2O7 + SO2 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
	MnO2 + K2CO3 + KNO3 → K2MnO4 + KNO2 + CO2
	HNO3 + HCl → NOCl + Cl2 + H2O
	KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + Na2SO4 + KOH
Продолжение табл.9
1	2
	HClO3 → HCl + HClO4
	P + KOH + H2O → PH3 + KH2PO2
	KMnO4 + MnSO4 + H2O → MnO2 + K2SO4 + H2SO4
	P + HNO3 → H3PO4 + NO
	SO2 + Br2 + H2O → HBr + H2SO4