Окислительно-восстановительные эквиваленты. 
Химия

Окислитель и восстановитель реагируют между собой в эквивалентных количествах.

Эквивалент (МЭ) окислителя — это такое количество окислителя как вещества, которое отвечает одному присоединенному электрону.

Практикум

Контрольные вопросы и задания

• 1. Дайте определение окислительно-восстановительным реакциям, степени окисления, окислителям и восстановителям.
• 2. Сформулируйте правила расчета степеней окисления атомов в соединении.
• 3. Приведите примеры типичных окислителей и восстановителей. Какие вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства?
• 4. Приведите классификацию ОВР.
• 5. Сформулируйте правила расстановки коэффициентов методом электронного бала! ica.
• 6. Сформулируйте правила расстановки коэффициентов методом иолуреакций.
• 7. Приведите примеры влияния pH среды на протекание ОВР.

Примеры решения задач

1. Укажите степень окисления атомов в следующих соединениях: НР0₃, H₂W₂0₇, (NH₄)Fe (S0₄)₂.

При выполнении таких заданий необходимо учесть, что: а) сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю; 6) степень окисления атомов таких элементов, как II, О, F, щелочные и щелочноземельные металлы, чаще всего известна и постоянна; в) неизвестна обычно степень окисления одного элемента, у которого она может быть переменной. Таким образом, задача сводится к решению уравнения с одним неизвестным.

Н-нр.'Оз² 1 +х + (-2)-3 = 0' х = 5 Р⁺⁵

Hj’WfO-;² (+1) • 2 + 2х + (-2) -7 = 0 х = 6 W⁺⁶

В тех случаях, когда известны заряды некоторых катионов или анионов, решение упрощается:

• (NH₄)⁺Fe'(S0₄)^ 1 +* + (-2)-2 = 0 х=3 Fe⁺³
• (№Н₄')⁺ х + 4 = 1 х= -3 N-³
• (S'0₄²)²— х + (-2)? 4 = -2 х=6 S⁺⁶
• 2. Предположите, какую роль в ОВР могут играть соединения, содержащие атомы элементов в указанной степени окисления: Re⁰, Re⁺⁴, Re⁺⁷, Н~, II⁰, Н⁺. Приведите примеры соответствующих соединений.

Согласно положению в Периодической системе строение валентного слоя атома Re⁰ 4d⁵5s². Присоединение электронов к атому Re⁰ невозможно, так как рений — металл (элемент б/-ссмейства) и в химических процессах может быть только восстановителем (донором электронов).

Заряд +4 на атоме Re означает, что из семи валентных электронов от него оттянуто четыре, и на валентном уровне осталось еще три электрона. Поэтому соединения Rc⁺⁴ в ОВР могут играть роль как окислителя, так и восстановителя, т. е. могут быть как донорами, так и акцепторами электронов. Пример соединения — Rc0₂.

Степень окисления +7 (высшая для рения, так как он находится в VII группе Периодической системы) указывает на то, что все семь валентных электронов смещены к более электроотрицательным атомам, поэтому соединения Re⁺⁷ в ОВР могут быть только окислителями (Re₂0₇).

Отрицательный заряд на атоме водорода (Н) свидетельствует о том, что он притянул к себе электрон другого атома и теперь на его валентном слое больше электронов, чем в нулевой степени окисления. Так как электронное строение атома водорода Is¹, а Н^- — Is², и больше электронов на первом уровне быть не может, соединения Н~ — только восстановители (СаН₂).

Простое вещество Н₂ может быть и окислителем, и восстановителем, а протон Н⁺ — только окислитель, так как он лишен единственного электрона и теперь способен только присоединять их (H₂S).

3. Укажите тип ОВР для каждой из приведенных схем реакций. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

Решение. Рассматривая приведенные ниже примеры выполнения заданий, вспомните из школьного курса правила составления ОВР методом электронного баланса. Обратите внимание на форму записи.

Обратите внимание на то, что серная кислота не только восстанавливается, но и расходуется на образование соли (без изменения степени окисления), поэтому перед формулой кислоты-окислителя ставится суммарный коэффициент.

4. Составьте уравнения полуреакций с учетом среды. Укажите название процесса.

Последовательность действий при составлении уравнений полуреакций:

5. Расставьте коэффициенты в приведенной схеме ОВР, пользуясь методом полуреакций.

В схеме ОВР подчеркнем формулы частиц, изменивших заряд или состав.

С учетом того, что процесс протекает в кислой среде, составим ионные уравнения полуреакций окисления и восстановления. Здесь, как и при составлении ионных уравнений обменных реакций, формулы слабых электролитов, оксидов, малорастворимых и простых веществ записывают в недиссоциированном виде.

Сложим почленно левые и правые части уравнений полуреакций с учетом дополнительных множителей к ним:

Сократим одноименные члены и получим краткое ионное уравнение:

Перенесем коэффициенты к окислителю и восстановителю в схему реакции и допишем справа 2Н₂0:

В правой части схемы lONO-j, следовательно, с учетом анионов нитрата марганца слева перед формулой HN0₃ ставим коэффициент 6. Составляем молекулярное уравнение:

Обратите внимание: число ионов водорода слева на два больше, чем следует из краткого ионного уравнения (не 4, а 6). Это связано с тем, что в правой части уравнения имеется сильный электролит — марганцевая кислота (две молекулы), и в кратком ионном уравнении не учтены ионы водорода, необходимые для ее образования.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Укажите степень окисления атомов в следующих соединениях.

2. Предположите, какую роль в ОВР могут играть соединения данного элемента, содержащие его атомы в указанной степени окисления. Приведите примеры соответствующих соединений.

3. Укажите тип ОВР для каждой из приведенных схем реакций. Расставьте коэффициенты, пользуясь методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

4. Составьте уравнения нолуреакций с учетом pH среды. Какой процесс выражается каждым уравнением?

5. Расставьте коэффициенты в приведенных схемах ОВР, пользуясь методом полуреакций.

Тест для самоконтроля.

• 1. Какова степень окисления азота в соединении HN0₂?
• 1)2;
• 2) 3;
• 3) 5.
• 2. Какое вещество может быть только окислителем?
• 1) КМп0₄;
• 2) Мп0₂;
• 3) МпО.
• 3. Какое вещество может быть только восстановителем?
• 1) S0₂;
• 2) H₂S;
• 3) h₂so₃.
• 4. Какую с. о. имеет хром в молекуле Na₃[Cr (OH)_s]?
• 1) +4;
• 2) +2;
• 3) +3.
• 5. Чему равно количество отданных (принятых) электронов в уравнении полуреакции Cr₂Oj~ + 14Н⁺ … = 2Сг³⁺ + 7Н₂0?
• 1) -6в;
• 2) +6ё;
• 3) +4ё.
• 6. Чему равно количество отданных (принятых) электронов в уравнении полуреакции Мп0₂ + 40Н^- …—> Мп0₄ + 2Н₂0 и чем является Мп0₂?
• 1) +3ё, восстановитель;
• 2) —Зё, восстановитель;
• 3) -2ё, окислитель.
• 7. Какова степень окисления кислорода в молекуле Н₂0₂? Чем может являться в окислительно-восстановительных реакциях пероксид водорода?
• 1) -2, восстановитель;
• 2) -1, окислитель и восстановитель;
• 3) -2, восстановитель и окислитель.
• 8. В уравнении окислительно-восстановительной полуреакциии РЬ0₂ + + 4Н⁺… = РЬ²⁺ + 2Н₂0 количество принятых (отданных) электронов равно:
• 1) +4ё;
• 2) -4ё;
• 3) +2ё.
• 9. Какова с. о. хлора в молекуле КСЮ₃? Чем это вещество может являться в окислительно-восстановительных реакциях?
• 1) +3, восстановителем;
• 2) +4, окислителем и восстановителем;
• 3) +5, окислителем и восстановителем.
• 10. Какое вещество образуется при взаимодействии КМп0₄ с Na₂S0₃ в нейтральной среде?
• 1) Мп0₂;
• 2) К₂Мп0₄;
• 3) MnS0₄.

Ответы к тесту

Лабораторная работа № 7 Окислительно-восстановительные реакции

Цели работы: изучить качественные опыты, раскрывающие окислительные и восстановительные свойства отдельных веществ; овладеть методами составления уравнений окислительно-восстановительных реакций (электронного баланса и полуреакций).

Реактивы: растворы: H₂S0₄ (2 и), NaOH (2 н), КМп0₄ (0,05 и), 0,5 н растворы: NaNO_s, KI, K₂Cr₂0₇, CuSQ₄, ВаС1₂, Cr₂(S0₄)₃, NaNQ₃, Н₂0₂

(6%); кристаллические вещества: NaN0₂, Na₂S0₃, Cu (N0₃)₂ • 3H₂0; Mn0₂ (тв.), Al (стружка), дистиллированная вода, универсальная индикаторная бумага.

Оборудование: спиртовка, штатив с пробирками, держатель для пробирок, микрошпатели, спички, лучинка.

Ход работы Опыт 1. Влияние среды на окислительно-восстановительные реакции.

В три пробирки с 3—4 каплями раствора КМп0₄ добавьте: в первую — 2—3 капли раствора H₂S0₄, во вторую — столько же капель дистиллированной воды, в третью — 10 капель раствора NaOH, а затем во все три пробирки внесите по одному микрошпателю кристаллического NaN0₂. Отметьте изменение окраски во всех трех пробирках.

11апишите уравнения происходящих реакций, подберите коэффициенты. В какой среде КМп0₄ восстанавливается в большей степени?

Опыт 2. Типичные восстановители и окислители.

1. Взаимодействие алюминия с нитратом натрия.

В пробирку с 4—5 каплями раствора NaN0₃ внесите 10—12 капель 2 н раствора NaOH и 1—2 кусочка алюминия. Пробирку слегка нагрейте. Для определения выделяющегося NH₃ подержите смоченную дистиллированной водой идикаторную бумагу над отверстием пробирки, не касаясь ее стенок. Посинение индикаторной бумаги обусловлено реакцией:

Напишите уравнение реакции, учитывая, что ион N0₃ восстанавливается до NH₃, а алюминий, окисляясь в щелочной среде, образует анион |А1(ОН)₆13-.

Укажите восстановитель и окислитель в данной реакции.

2. Взаимодействие иодида калия с дихроматом калия.

В пробирку с 4—5 каплями раствора К₂Сг₂0₇ добавьте 3—4 капли раствора H₂S0₄ и 2—3 капли раствора KI. Раствор приобретает окраску йодной настойки. Темные кристаллы, выпадающие в осадок, — кристаллический иод.

Напишите уравнение происходящей реакции, укажите восстановитель и окислитель в данной реакции. Объясните, почему их называют «типичными».

Опыт 3. Окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода.

1. Окислительные свойства.

В пробирку с 2—3 каплями раствора Cr₂(S0₄)₃ добавьте 10 капель раствора NaOH и прилейте Н₂0₂ до появления желтой окраски раствора, которая характерна для иона СгО| (содержимое пробирки можно слегка нагреть).

Напишите уравнение происходящей реакции, подберите коэффициенты и укажите роль Cr₂(S0₄)₃ и Н₂0₂.

2. Восстановительные свойства.

В пробирку с 3—4 каплями раствора КМп0₄ добавьте 2—3 капли раствора II₂S0₄ и прилейте П₂0₂ до обесцвечивания раствора. Напишите уравнение происходящей реакции, подберите коэффициенты и укажите роль H₂S0₄ и Н₂0₂. Ион Мп0₄ в кислой среде переходит в ион Мп²⁺.

3. Реакция диспропорционирования.

Поместите в пробирку 3—4 капли пероксида водорода и добавьте на кончике шпателя Мп0₂. Внесите в пробирку тлеющую лучину. Что наблюдается? Какова роль Мп0₂? Напишите уравнение соответствующей реакции.

Опыт 4. Внутримолекулярное окисление-восстановление.

В сухую пробирку поместите микрошпатель кристаллического Na₂S0₃ и нагрейте ее в пламени спиртовки в течение 3—5 мин, затем охладите пробирку и растворите ее содержимое в дистиллированной воде. Полученный раствор разделите на две пробирки и добавьте в одну пробирку раствор CuS0₄ для обнаружения S² -ионов, а в другую — раствор ВаС1₂ для обнаружения SO| -ионов. Напишите уравнение разложения сульфита натрия, подберите коэффициенты.