Примеры некоторых окислителей и восстановителей

_________________________________________________

окислители восстановители ________________________________________________________

1. Простые вещества

неметаллы: неметаллы: H2, C ,

Cl2, Br2, J2, O2 ,O3, металлы - Zn, Na ,

2. Перекись водорода Н2О2

в зависимости от условий может проявлять и те и другие свойства

3. Оксиды

оксиды, в состав которых входят оксиды СО, NO,

металлы в высоких степенях

окисления: СrO3, Mn2O7,

4. Кислородсодержащие кислоты и их соли

HNO3 ,и ее соли, Н2SO4 конц. НNO2, и ее соли

Марганцовая кислота HМnO4 и

Ее соль перманганат калия KMnO4

Соли хрома К2CrO4 - хромат калия,

K2Cr2O7 - дихромат калия

Кислородные кислоты хлора и их соли

5. Бескислородные кислоты и их соли

H2S, HCl, HBr

6. NH3 аммиак

7.1 МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА (МЭБ)

Для расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях применяют метод электронного баланса (МЭБ). Он основан на сравнении степени окисления элементов в исходных и конечных продуктах, исходя из правила – число электронов, отданное восстановителем должно равняться числу электронов принятых окислителем.

Рассмотрим примеры:

+7 - 1 +2 0 - 1

KMnO4 + HCl à MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O

1. Находим элементы, которые изменяют в ходе реакции степень окисления. В данном случае - это марганец и хлор. Составляем уравнения полуреакций (электронные схемы) окисления и восстановления

+7 +2

Чтобы из Мn перейти к Мn нужно принять 5 электронов. Степень окисления марганца понижается – марганец (+7) - окислитель (Ох).

+7 +2

Mn + 5e à Mn

Хлор изменяет степень окисления с –1 до 0. (Записываем Cl2 0 , так как хлор – простое вещество). Чтобы уравнять левую часть уравнения, нужно поставить коэффициент 2 перед Cl-1. Тогда в левой части общий заряд -2, а в правой 0, следовательно, отдаем 2 электрона. Степень окисления хлора повышается – хлор (-1) – восстановитель (Red).

2Cl-1 - 2e à Cl2 0

2. Так как число электронов, отданное восстановителем, должно равняться числу электронов принятых окислителем, то каждое уравнение нужно умножить на коэффициент: первое на два, а второе на пять:

+7 - +2

Mn + 5e à Mn х 2 Теперь сложим левые и правые части

-1 0 части уравнений;

2Cl - 2e à Cl2 х 5

Получаем:

+2 -1 +2 0

2Mn +10e + 10Cl - 10e à 2Mn + 5Cl2 (количество электронов сокращается).

Полученные множители ставим в правую часть уравнения

Правая часть уравнения: ставим коэффициент 5 перед хлором (0), коэффициент 2 перед марганцем (+2).

2KMnO4 + HCl à 2MnCl2 +5Cl2 + KCl + H2O

Левая часть уравнения: перед марганцем (+7) нужно поставить коэффициент 2, но тогда калия в правой части тоже стало два, значит и в левой части должно быть столько же (ставим коэффициент 2 перед хлоридом калия).

2KMnO4 + HCl à 2MnCl2 +5Cl2 + 2KCl + H2O

Общее количество хлора справа 16 =(4+10+2). Ставим перед соляной кислотой коэффициент 16, атомов водорода в правой части стало тоже 16, следовательно, перед водой нужно поставить коэффициент 8. В последнюю очередь проверяем кислород в левой и правой частях уравнения: (8 = 8)

2KMnO4 + 16HCl à2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O

Пример 2

С помощью метода электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении:

S + KClO3 + H2O à Cl2 + H2SO4 + K2SO4

1. Сера и хлор изменяют степени окисления

0 +5 0 +6 +6

S + KClO3 + H2O à Cl2 + H2SO4 + K2SO4

0 - +6

. S – 6е à S х 10 х 5 Чтобы из S (0) перейти к S (+6)

нужно отдать 6 электронов

+5 - 0 Сера повышает степень окисления

2Cl + 10e à 5Cl2 х 6 х 3 S 0 –восстановитель

Справа 2 атома хлора, значит, слева ставим коэффициент 2 перед

Cl (+5). Теперь в левой части суммарный заряд (+10), значит нужно принять 10 электронов, чтобы в правой части степень окисления оказалась равной нулю.

Хлор понижает свою степень окисления (принимает 10 электронов), хлор (+5) – окислитель (Оx).

2. Умножаем первое уравнение на 5, а второе на 3 (наименьший общий множитель равен 15) и суммируем правые части 1 и 2 уравнения и левые части 1 и 2 уравнения.

Получаем:

0 - +5 - +6 0

5S –30e + 6Cl +30e à 5S + 3Cl2

2. Расставляем коэффициенты, начиная с продуктов реакции:

Ставим коэффициент 3 перед Cl2, коэффициент 5 перед S+6 поставить пока не можем, поскольку и серная кислота и сульфат калия содержат S+6 . В левой части ставим коэффициент 5 перед S0 и перед КClO3 , так как в правой части хлора шесть атомов.

5S + 6KClO3 + H2O à 3Cl2 + H2SO4 + 3K2SO4

В левой части калия шесть атомов, значит, в правой части, должно быть столько же – ставим коэффициент 3 перед сульфатом калия.

В левой части перед S0 коэффициент 5, значит в правой части коэффициент 2 перед серной кислотой (всего должно быть 5S+6 , из них 3 приходится на сульфат калия).

5. Проверяем баланс по кислороду: в правой части (18+2), в левой части (8+12)

5S + 6KClO3 +2H2O à 3Cl2 + 2H2SO4 + 3K2SO4

Пример 3

+5 +2 –3 +5

Zn0 + HNO3 à Zn(NO3)2 +NH4NO3+H2O

1. Расставляем степени окисления.

Zn0 - 2e à Zn+2 х 4 Zn0 отдавая 2 электрона, повышает

N+5 +8e àN-3 степень окисления до + 2,

следовательно, является

восстановителем.

N+5 принимая 8 электронов, понижает степень окисления до -3,

является окислителем.

4Zn0 - 8e + N+5 +8e à 4Zn+2+ N-3

Складываем первое уравнение (предварительно умножив на 4) со вторым.

3.Подставляем коэффициенты, начиная с продуктов

реакции: ставим коэффициент 4 перед Zn+2 , тогда в правой части 10 атомов азота (8+2), поэтому в левой части перед азотной кислотой ставим коэффициент – 10; ставим коэффициент 4 перед Zn0 .

+5 +2 –3 +5

4Zn0 +10HNO3 à 4Zn(NO3)2 +NH4NO3+H2O

Проверяем водород: всего 10 атомов в правой части, но в левой части уже есть 4 атома в нитрате аммония, значит, перед водой ставим коэффициент 3. Проверяем кислород: 30 атомов в левой части, в правой - (24+3+3).

4Zn0 + 10HNO3à4Zn(NO3)2 +NH4NO3+3H2O

Пример 4

Al + H2O + KOHàK[Al(OH)4] + H2

1.Расставляем степени окисления:

0 +1 +3 0

Al + H2O + KOHàK[Al(OH)4] + H2

Al 0 - 3e à Al+3 х 2 Al 0 отдавая 3 электрона, повышает

2H+ +2e àH2 0 x3 степень окисления - является

восстановителем, а H+ принимая

2 электрона, является окислителем.

Умножаем первое уравнение на два, второе на три, и складываем, левые и правые части:

2Al0 - 6e + 6H+ +6e à 2Al+3+ 3H2 0

2. Подставляем коэффициенты, начиная с продуктов реакции: ставим коэффициент 2 перед Al 3+ и Al 0, тогда в правой части стало 2 калия, поэтому в левой части перед гидроксидом калия ставим тоже коэффициент 2.

0 +1 +3 0

2Al + H2O + 2KOHà2K[Al(OH)4] + 3H2

Перед водородом (0) ставим коэффициент 3. В правой части его стало 14, но в левой части уже есть 2 в гидроксиде калия, значит, перед водой ставим 6. Проверяем кислород: 6+2=8 в левой части, в правой 8.

2Al + 6H2O + 2KOHà2K[Al(OH)4] + 3H2

ЭЛЕКТРОЛИЗ

В растворах и расплавах электролитов имеются разноименные по знаку ионы (катионы и анионы), которые находятся в хаотическом движении. Если в такой раствор или расплав электролита (например, NaCl) погрузить инертные (угольные электроды) и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы натрия к катоду, анионы хлора к аноду (рис.1).

 
  примеры некоторых окислителей и восстановителей - student2.ru

Рис.1 Схема электролиза хлорида натрия

Ионы Na+, приняв электроны, восстановятся, а Cl- хлорид ионы, отдав электроны аноду, окислятся.

(-) Na+ +1e à Na+

(+) 2Cl- -2e à Cl20

Na+ +1e à Na+ x 2 Сложим оба уравнения электродных

2Cl- -2e à Cl20 реакций, (предварительно умножив

на 2 первое уравнение), получим

суммарное уравнение электролиза.

В итоге на катоде выделится натрий, на аноде молекулярный хлор:

2NaCl электролизà2Na + Cl2

Эта реакция является окислительно-восстановительной: на аноде протекает окисление, на катоде - восстановление.

ЭЛЕКТРОЛИЗ – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

Сущность электролиза состоит в осуществлении за счет электрической энергии химических реакций – восстановления на катоде и окислении на аноде. В отличие от обычных ОВР, полуреакции разделены в пространстве.

В водном растворе на катоде могут протекать следующие процессы:

А) Если металл стоит в ряду напряжений металла правее водорода, то на катоде восстанавливается металл, например:

Cu2+ +2e-àCu0

Б) Если металл стоит в ряду напряжений левее алюминия (включительно), Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al то на катоде восстанавливается вода с выделением водорода:

2H2O + 2e àH2+ 2OH-

В) Если металл стоит в ряду напряжений правее алюминия, но левее водорода, Мn, Cr, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, то на катоде происходят одновременно два процесса восстановление катионов металла и молекул воды:

2H2O + 2e à H2 + 2OH- Ме0+ neàMe+ne

Г) В растворе кислоты происходит восстановление ионов водорода с образованием молекулы Н2:

+ + 2е à H2

Процессы, протекающие на аноде, определяются материалом анода. На инертном или нерастворимом аноде (графит, платина) возможны два процесса:

А) Если ионы кислотного остатка не содержат атомов кислорода, то окисляются они сами: 2Cl- -2e-àCl20

Б) Если ионы кислотного остатка содержат кислород, то окисляется вода:2H2O - 4e àO2+ 4H+

В) В щелочах 4ОН- -4еà О2 +2 Н2О

(Случаи с растворимыми анодами, при котором происходит окисление материала анода здесь не рассматриваются.)

Электролиз нашел широкое применение в промышленности и в первую очередь используется для получения металлов и газов.

Рассмотрим примеры: 1) CuCl2, 2) Hg(NO3)2. 3) KOH (расплав), 4) MgI2, 5) Na2SO4 6) H2SO4

Пример 1. Составьте схемы электролиза раствора хлорида меди (II) с инертными электродами

В растворе хлорид меди диссоциирует на ионы:

CuCl2àCu2+ + 2Cl-

При пропускании электрического тока к отрицательному электроду (катоду) будут перемещаться катионы меди Cu2+ и принимать электроны (восстанавливаться). К положительному электроду (аноду) будут подходить анионы хлора и отдавать электроны (окисляться). Таким образом, схема электролиза такова:

(-) Cu2+ + 2e àCu0 х 1

(+) 2Cl- - 2e àCl20 х 1

Складываем левые и правые части:

Cu2+ +2е+2Cl- +2еàCu0+Cl2

электролиз

CuCl2àCu + Cl2

Пример 2. Составьте схемы электролиза раствора нитрата ртути (II) с инертными электродами

В растворе нитрат ртути диссоциирует на ионы:

Hg(NO3)2 àHg2+ + 2NO3-

При пропускании электрического тока на катоде восстанавливаются ионы ртути, а на аноде окисляется вода:

(-) Hg2+ + 2e àHg0 │4 │ х 2

(+) 2H2O - 4e àO2 + 4H+ │2 │ х 1

так как количество электронов, отданное восстановителем должно равняться количеству электронов принятых окислителем, то первое уравнение нужно умножить на 2. Складываем левые и правые части двух уравнений:

Hg2+ + 2H2O àO2+ 4H+ +Нg0 + NO3-

В растворе катионы водорода и нитрат-анионы соединятся, и образуется азотная кислота. Суммарное уравнение электролиза имеет вид:

электролиз

2Hg(NO3)2 + 2H2O àHg0 + 4HNO3 +O2

Пример 3. Составьте схемы электролиза расплава гидроксида калия с инертными электродами.

Уравнение диссоциации расплава гидроксида калия имеет вид:

КОНàК+ + ОН-

При пропускании электрического тока к отрицательному электроду (катоду) будут перемещаться катионы калия К+ и принимать электроны (восстанавливаться). К положительному электроду (аноду) будут подходить гидроксид-анионы и отдавать электроны (окисляться). Таким образом, схема электролиза такова:

(-) К+ + e àК0 х 4

(+) 4ОН- - 4e àО20 +2Н2О

---------------------------------------------------

+ +4e + 4ОН- - 4e à4К0 + О20 +2Н2О

электролиз, расплав

4КОН à4К0 + О2 +2Н2О

Пример 4. Составьте схемы электролиза раствора йодида магния с инертными электродами.

В растворе йодид магния диссоциирует на ионы:

MgI2àMg2+ + 2I-

Ионы магния Mg2+ не могут восстанавливаться (восстанавливается вода), к положительному электроду (аноду) будут подходить анионы иода и отдавать электроны (окисляться). Схема электролиза такова:

(-) Mg2+

H2O + 2e àH2+ 2OH-

(+) 2I- - 2e àI2

-----------------------------------------------------

Mg2+ +2H2O + 2I- àI20 + H2 + 2OH-

электролиз

MgI2 + 2H2O àMg(OH)2 + I2 +H2

Пример 5. Составьте схемы электролиза раствора сульфата натрия с инертными электродами .

При диссоциации водного раствора сульфата натрия образуются следующие ионы:

Na2SO4 àNa+ + 2SO42-

Ионы натрия и сульфат-ионы не могут разряжаться на электродах, поэтому на катоде восстанавливается, а на аноде окисляется, вода:

(-) Na+ -

2H2O + 2e àH2+ 2OH- х 2

(+) SO42-

2H2O - 4e àO2+ 4H+

__________________________________

4H2O +2H2O àO2+ 4H+ +2H2 + 4OH-

или, (учитывая, что при перемешивании протон водорода и гидроксид-ионы образуют воду, получаем: 4H+ + 4OH- à4H2O)

злектролиз

2H2O àO2+ 2H2

Пример 6. Составьте схемы электролиза раствора серной кислоты (инертные электроды)

В водном растворе серная кислота практически полностью диссоциирует на ионы по двум ступеням:

H2SO4 ↔H++HSO4-

HSO4- àH++SO42-

При пропускании через раствор постоянного электрического тока к катоду будут перемещаться ионы водорода, которые и восстанавливаются:

(-) 2H++2eàH2

Вблизи анода скапливаются сульфат-ионы которые, однако, не окисляются в водных растворах, так как легче окисляется вода:

(+) 2H2O-4eà4H++O2

(-) 2H++2eàH2 х 2

(+) 2H2O-4eà4H++O2

электролиз

4H++2H2Oà2H2+4H++O2

электролиз

2H2Oà2H2+O2

Количества веществ, выделившихся на электродах, определяют по уравнениям электродных реакций. Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе, от времени и силы тока описывается законом Фарадея:

v = I τ / F ,где I - сила тока (А) ,

τ - продолжительность электролиза (с)

F= 96500 Кл/моль – постоянная Фарадея.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Определите степени окисления выделенных элементов в следующих соединениях:

Mn2O7, KMnO4, НNO2, Ba(HS)2, Al(ОН)3, N2O5, AlOHSO4, SiO2, KClO3, Be(ОН)2, CuOH , K2HPO4, BaCO3, Cl2O3, K2Cr2O7, H2Se, MnO, H2CrO4, Fe(OH)2, KAlO2, Na2[Zn(OH)4], KHTeO4, CO, NH4NO3, HF, CuO, K2MnO4,Ca(OCl)2, K2S, NaHSO3, Ba3(PO4)2, KClO4 , SO3, Fe2O3 , NaNO2, H3PO4, FePO4, HClO.

2. Закончите уравнения реакций. Укажите окислительно-восстановительные. Определите окислитель и восстановитель

а) ZnS + O2à

б) NH3+ O2àNO+

в) Al2(SO4)3 + 6NaOHà

г) CuO + НNО3à

д) FeCl3+ K2

е) KClO3 à KCl+ O2

3. Приведите уравнения реакции, соответствующие схеме:

S-2àS-2àS0àS+4 àS+4àS+6à+6

4. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель

а) K2MnO4 +CO2àK2CO3+ MnO2+KMnO4

б) Cl2+ KOHàKCl+KСlO3+ H2O

в) H2O2+ HJO3àO2+ J2+H2O

г) K2Cr2O7+ KJ+H2SO4à J2+Cr2(SO4)3+K2SO4+ H2O

д) Na2SO3+ K2Cr2O7 + HNO3àCr(NO3)3+ KNO3+Na2SO4+ H2O

е) KMnO4 + NH3 + KOHà KNO3+ K2MnO4+ H2O

ж) CuO + NH3à Cu+ N2+ H2

з) Zn+K2Cr2O7+H2SO4à ZnSO4+Cr2(SO4)3+K2SO4+ H2O

и) KMnO4 +K2S+ H2SO4àS+ K2SO4+MnSO4 +H2O

к) Hg + HNO3àHg(NO3)2+ NO+ H2O

Наши рекомендации