Примеры решения задач Файл

Примеры решения задач
Пример 1
Исходя из степени окисления брома в соединениях: КBr, Br2, BrF3, BrO2, HBrO4, определите, какое из веществ может быть только окислителем, какое – только восстановителем,
а какое проявляет окислительно-восстановительную двойственность.
Решение
1. Определим степень окисления брома в указанных химических соединениях:
1
3
4
7
K Br; Br20 ; Br F3 ; Br O2 ; H Br O4 .
1
2. В бромиде калия K Br бром находится в низшей степени окисления, поэтому это
химическое соединение может проявлять только функцию восстановителя; в бромной кисло7
те H Br O 4 бром находится в высшей степени окисления, следовательно, это соединение мо3
жет выполнять только функцию окислителя; в составе фторида брома (III) Br F3 , оксида бро4
ма (IV) Br O 2 и в молекулярном броме Br20 бром имеет промежуточные степени окисления,
что определяет окислительно-восстановительную двойственность этих химических соединений.
Пример 2
В каких из приведенных ниже реакций пероксид водорода выполняет роль окислителя, а в каких – восстановителя:
2HIO3 + 5H2O2 → I2 + 5O2 + 6H2O;
PbS + 4H2O2(конц.) → PbSO4 + 4H2O.
Обоснуйте ответ, составив электронные полуреакции окисления и восстановления.
Решение
1. Определим степень окисления атомов в составе реагирующих соединений и продуктов реакции:
1 5 2
1
1
0
0
1 2
2 H I O3  5 H 2 O 2  I 2  5 O 2  6 H 2 O ;
2 2
1
1
2
6 2
1 2
Pb S  4 H2 O2  P b S O4  4 H2 O .
2. В первой реакции входящий в состав H2O2 атом кислорода повышает свою степень
окисления от (–1) до 0, поэтому пероксид водорода выполняет функцию восстановителя:
1
0
1
2
2 O – 2ē → O 2 .
Во второй реакции атом кислорода в составе пероксида понижает степень окисления
от (–1) до (–2), следовательно, в этом случае H2O2 выполняет функцию окислителя:
O + 1ē → O .
Пример 3
Расставьте коэффициенты в схеме реакции, приведенной ниже, определите тип ОВР:
KMnO4 + КBr + H2SO4 → MnSO4 + Br2 + K2SO4 + H2O.
Решение
Для подбора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций
часто используют метод электронного баланса, который основан на применении следующего правила: общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителем.
Для решения поставленной задачи выполним следующие обязательные действия.
1. Определим степени окисления всех элементов в молекулах исходных веществ и
продуктов реакции и для наглядности выделим жирным шрифтом те из них, которые изменили степень окисления в ходе реакции:
1
7
2
1 1
1
6 2
2
6 2
0
1 6 2
1
2
K Mn O4  K Br  H2 S O4  Mn S O4  Br2  K 2 S O4  H2 O.
2. Составим электронные полуреакции процессов восстановления и окисления, применяя общепринятые сокращения терминов (восстановление – в-е; окисление – ок-е; восстановитель – в-ль; окислитель – ок-ль):
Mn+7 + 5ē → Mn+2 (в-е; ок-ль);
2Br  – 2ē → Br20 (ок-е; в-ль).
Обратите внимание на то, что в левой части полуреакции окисления взято 2 атома
брома, т. к. продуктом окисления является двухатомная молекула брома Br2.
3. Для составления электронного баланса найдем множители для уравнений окисления и восстановления, при умножении на которые числа отданных и принятых электронов
станут равными. Так как наименьшим общим кратным чисел 5 и 2 является 10, то уравнение процесса восстановления нужно умножить на 2, а уравнение процесса окисления – на
5:
Mn+7 + 5ē → Mn+2
2Br  – 2ē → Br2
2
5
Теперь получается, что 10 атомов Br– отдают 10 электронов; 2 атома Mn+7 присоединяют 10 электронов – правило электронного баланса выполняется.
4. Найденные множители запишем как коэффициенты перед формулами веществ,
участвующих в процессах восстановления и окисления:
2KMnO4 + 10КBr + H2SO4 = 2MnSO4 + 5Br2 + K2SO4 + H2O.
5. Уравниваем числа атомов элементов, которые не изменили степень окисления в
ходе реакции – калия, серы, водорода и кислорода. При этом число атомов водорода, как
правило, уравнивают в предпоследнюю, а кислорода – в последнюю очередь. Во многих
случаях равенство чисел атомов кислорода в правой и левой частях ОВР свидетельствует
о том, что коэффициенты в уравнении расставлены правильно (в нашем случае – по 40 атомов кислорода в левой и правой частях).
2KMnO4 + 10КBr + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Br2 + 6K2SO4 + 8H2O.
6. Поскольку атомы окислителя и восстановителя входят в состав разных молекул, то
данная реакция относится к типу реакций межмолекулярного окисления-восстановления.
Пример 4
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции диспропорционирования
I2 + NaOH → NaIO3 + NaI + H2O.
Решение
1. Определим степени окисления элементов в веществах-участниках реакции:
0
1 2 1
1 5 2
1 1
1
2
I2  Na O H  Na I O3  Na I  H2 O.
2. Из сравнения степеней окисления следует, что йод участвует одновременно и в
процессе восстановления, понижая степень окисления от 0 до (–1), и в процессе окисления, повышая степень окисления от 0 до (+5):
I 02 + 2ē → 2I 
10
5 (в-е; ок-ль);
1 (ок-е, в-ль).
I 02 – 10ē → 2I+5 2
3. В этой реакции окислителем и восстановителем выступает одно и то же вещество
(I2), поэтому коэффициент, который необходимо поставить перед ним в уравнении, получается суммированием множителей, вычисленных в результате подведения баланса (5 + 1
= 6). Так как молекула йода состоит из двух атомов йода, то окончательным коэффициентом
перед I2 будет число 3:
3I2 + 6NaOH = NaIO3 + 5NaI + 3H2O.
Пример 5
Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалента азотной кислоты как окислителя, если она восстанавливается до: а) NO2; б) NO; в) N2O.
Решение
5
4
а) При восстановлении H N O3 до N O 2 происходит присоединение 1-го электрона:
N+5 + 1ē → N+4.
Поэтому эквивалент (Э) и молярная масса эквивалента HNO3 (Мэ) соответственно будут
равны:
M 63

 63 г/моль.
Э = 1моль HNO3; Μ э 
n
1
5
2
б) В случае, когда H N O3 восстанавливается до N O , происходит присоединение 3-х
электронов:
N+5 + 3ē → N+2.
Тогда эквивалент азотной кислоты составит 1/3 моля HNO3, а молярная масса эквивалента
63/3 = 21 г/моль.
5
1
в) При переходе H N O3 в N 2 O восстановление протекает наиболее глубоко, т. к.
разница между окисленной (N+5) и восстановленной (N+1) формами азота составляет 4
единицы – максимальную из рассмотренных вариантов величину. И по аналогии с примерами а и б реакцию восстановления азота N+5 до N+1, казалось бы, следует оформить в виде
N+5 + 4ē → N+1.
Однако в этом случае необходимо учитывать, что число атомов N+5 нужно удвоить,
так как в состав N2О входит 2 атома азота (которые не могут образовываться из 1-го атома
N+5). Число принимаемых в процессе восстановления электронов также удваивается
2N+5 + 8ē → 2N+1.
Поэтому эквивалент азотной кислоты составит 1/8 моля HNO3, а молярная масса эквивалента 63/8 = 7,87 г/моль.
Пример 6
Вычислить молярную массу эквивалента сероводорода Н2S при участии его в следующих реакциях:
а) Н2S + 4Cl2 + 4H2O = H2SO4 + 8НCl;
б) Н2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S + 2НCl.
Решение
Так как в составе Н2S атом серы находится в низшей степени окисления (–2), то сероводород проявляет функцию восстановителя.
По реакции а) происходит окисление атома серы с увеличением степени окисления
от (–2) до (+6)
S2 – 8ē → S+6,
поэтому
M 34
Μ э (H 2S) 

 4,25 г/моль.
n
8
По реакции б) происходит окисление атома серы с увеличением степени окисления
от (–2) до (0):
S2 – 2ē → S0,
следовательно, молярная масса эквивалента Н2S составит:
Μ э (H 2S) 
34
 17 г/моль.
2
Пример 7
Сколько граммов фосфора можно окислить 10 мл 0,25 н. раствора азотной кислоты
по реакции
Р + HNO3 + H2О = H3РО4 + NO?
Решение
1. Используя метод электронного баланса, расставим коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции:
0
5
5
2
3 P + 5H N O3 + 2H2О = 3H3 P O4  5 N O ;
Р0 – 5ē → Р+5 | 3 (ок-е; в-ль)
N+5 + 3ē → N+2 | 5 (в-е; ок-ль).
2. Определим количество молей эквивалента азотной кислоты nэ(HNO3) в 10 мл 0,25 н.
раствора, выразив эту величину из формулы для расчета молярной концентрации эквивалента
раствора (С = nэ/Vр-ра):
nэ(HNO3) = С · Vр-ра = 0,25 · 0,01 = 0,0025 моль экв.
3. По закону эквивалентов 0,0025 моль экв окислителя могут окислить такое же количество моль экв восстановителя. Учитывая, что молярная масса эквивалента восстановителя (фосфора) составляет 31/5 = 6,2 г/моль (молярную массу фосфора делим на количество отданных им электронов), определим массу фосфора, которая может быть окислена
в ходе ОВР:
m = nэ · Mэ = 0,0025 · 6,2 = 0,016 г.