Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Решение задач на определение коэффициентов в уравнениях химических реакций
 

Задание 221.

Исходя из степени окисления хлора в соединениях НСI, НСIО₃, НСlO₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
КВг + КВгО₃ + Н₂SO₄ → Вг₂ + К₂SO₄ + Н₂O
Решение:
Степень окисления хлора в указанных соединениях соответственно равна -1 (низшая), +5 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда следует, что HCl только восстановитель, HClO – окислитель и восстановитель, HClO₄ – только окислитель. HCl – только восстановитель, потому что атом хлора в своей низшей степени окисления не может её понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. HClO может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства, потому что в своей промежуточной степени окисления может присоединять пять электронов и отдавать два электрона. HClO₄ может быть только окислителем, потому что  в своей высшей степени окисления не может её повысить (отдать электроны). 

Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель с окислителем и отражаем это в электронных уравнениях:

Ионно-молекулярное уравнение:

5Br^-1 + Br⁺⁵ = 6Br⁰

Общее число электронов, отданных восстановителем должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Наименьшее кратное для принятых и отданных электронов в данном процессе равно 5. Тогда, разделив число 5 на 5, получим коэффициент 1 для восстановителя и продукта его окисления, а разделив 5 на 1 получаем коэффициент для окислителя и продуктов его восстановления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не участвуют в процессе окисления-восстановления, т. е. не меняют свою степень окисления, находим методом подбора. Уравнение реакции будет иметь вид:

5КВг + КВгО₃ + 3Н₂SO₄ → 3Вг₂ + 3К₂SO₄ + 3Н₂O

Задание 222.
Реакции выражаются схемами:
Р + НIО₃ + Н₂О → Н₃РО₄ + НI
Н₂S + Сl₂ +Н₂O →  Н₂SO₄ + НС1
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, отражаем это в электронных уравнениях. Далее учитываем: общее число электронов отданных восстановителем должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны как для продуктов восстановления, так и для продуктов окисления реакции. Коэффициенты для веществ, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят методом подбора.

а) Р + НIО₃ + Н₂О → Н₃РО₄ + НI

уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

6P⁰ + 5I⁺⁵ = 6P⁺⁵ + I^-1

Молекулярное уравнение:

6Р + 5НIО₃ + 9Н₂О →  6Н₃РО₄ + 5НI

В данной реакции: НIО₃ – окислитель, который восстанавливается до НI, при этом степень окисления йода уменьшается от +5 до -1; Р – восстановитель, который окисляется до Н₃РО₄, при этом степень окисления фосфора увеличивается от 0 до +5. 

б) Н₂S + Сl₂ +Н₂O → Н₂SO₄ + НС1

уравнения электронного баланса

Ионно-молекулярное уравнение:

S^-2 +  4Cl₂⁰  = S⁺⁶ + 8Cl^-1

Молекулярное уравнение: 

Н₂S +4Сl₂ +4Н₂O  →Н₂SO₄ + 8НС1

В данной реакции: Cl₂ – окислитель, который восстанавливается до НCl, при этом степень окисления хлора уменьшается от 0 до -1; Н₂S – восстановитель, который окисляется до Н₂SO₄, при этом степень окисления серы увеличивается от -2 до +6. 

Задание 223.
Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление или восстановление — происходит при следующих превращениях: As^3- →  As5⁺; N³⁺→  N^3-; S^2- →  S⁰.
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
Na₂SO₃ + КМnO₄ + Н₂O → Na₂SO₄ + МnO₂ + КОН
Решение:
а) Электронное уравнение:

При превращении As^3- →  As5⁺ происходит процесс окисления (отдача электронов).

б) Электронное уравнение:

При превращении N³⁺ → N^3- происходит процесс восстановления (присоединение электронов).

в) Электронное уравнение:

При превращении S^2- →  S⁰ происходит процесс окисления (отдача электронов).

 Na₂SO₃ + КМnO₄ + Н₂O →  Na₂SO₄ + МnO₂ + КОН

Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

Ионно-молекулярное уравнение:

3S⁴⁺ +  2Mn⁷⁺  =  3S⁶⁺ + 2Mn⁴⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 2 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Молекулярное уравнение реакции: 

3Na₂SO₃ + 2КМnO₄ + Н₂O → 3Na₂SO₄ + 2МnO₂ + 2КОН

Задание 224.
Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН₃, Н₃РО₄, Н₃РО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
РbS + HNO₃  →  S +  Рb(NO₃)₂+ NО + Н₂O
Решение:
а) Степень окисления фосфора в указанных соединениях соответственно равна: -3 (низшая), +5 (высшая), +3 (промежуточная). Отсюда: РН₃ — только восстановитель; Н₃РО₄ -только окислитель; Н₃РО₃ — окислитель и восстановитель.

б) Уравнения ионно-электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение

             3S^2-  + 2NO^3- + 8H⁺ = 3S⁰ + 2NO + 4H₂O

Молекулярное уравнение реакции:

3РbS + 8HNO₃  →  3S +  3Рb(NO₃)₂ + 2NО + 4Н₂O

В данной реакции: РbS – восстановитель, HNO₃ – окислитель; РbS окисляется до S, HNO₃ – восстанавливается до NO.

Задание 225.
Реакции выражаются схемами:
Р + НNО₃ + Н₂О  → Н₃РО₄ + NO;
KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH  →  K₂MnO₄ +  Na₂SO₃ + Н₂O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

а) Р + НNО₃ + Н₂О  →  Н₃РО₄ + NO

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

3Р⁰ +  5N⁵⁺  = 3P⁵⁺ + 5N²⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов пятнадцать. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 5 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 15 на 5 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

3Р + 5НNО₃ + 2Н₂О → 3Н₃РО₄ + 5NO

В данной реакции: Р – восстановитель, НNО₃ – окислитель; Р окисляется до Н₃РО₄,НNО₃ – восстанавливается до NO.

б)KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH = K₂MnO₄ +Na₂SO₄  + Н₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

S⁰ +  2Mn⁷⁺  = S⁶⁺ + 2Mn⁶⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов два. Разделив это число на 1, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 2 на 2 получаем коэффициент 1 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

2KMnO₄ + Na₂SO₃ +2KOH → 2K₂MnO₄ + Na₂SO₄ +  Н₂O

В данной реакции: Na₂SO₃ – восстановитель, KMnO₄ – окислитель; Na₂SO₃ окисляется до Na₂SO₄, KMnO₄ – восстанавливается до K₂MnO₄.