Окислительно-восстановительные свойства сероводорода, серной и азотной кислот

Решение задач на составление  электронных и молекулярных уравнений реакций

Задание 372

Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.

Решение:

Поскольку в Н₂S атом серы находится в своей низшей степени окисления -2, то сероводород всегда будет являться восстановителем во всех окислительно-восстановительных реакциях. На воздухе он горит, окисляясь до SO₂, в растворах медленно окисляется кислородом воздуха до свободной серы. С галогенами сероводород окисляется до свободной серы, со многими другими окислителями образуется свободная сера или сульфат-ион.

Уравнения реакций взаимодействия сероводорода с хлором и кислородом:

а) реакция сероводорода с хлором

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Cl₂⁰ + S^2-  = S⁶⁺ + 2Cl^—

Молекулярное уравнение реакции:

H₂S+ Cl₂ = S↓ + 2HCl

б) реакция сероводорода с кислородом

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

3О₂⁰ + 2S^2-  = 2S⁴⁺ + 2О^2-

Молекулярное уравнение реакции:

2H₂S + 3О₂ = 2SО₂ + 2H₂О

Задание 375
Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной — с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
Решение:
Серная кислота обладает окислительными свойствами, если её концентрация превышает 70%. Только при концентрации больше 70% принято говорить о специфических свойствах H₂SO₄ как окислителя. Серная кислота проявляет окислительные свойства, потому что атом серы в ней находится в своей высшей степени окисления +6 и может только присоединять электроны, т.е. уменьшать свою степень окисления. Разбавленная серная кислота в реакциях с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов левее водорода, взаимодействует с ними с выделением водорода. При этом происходит изменение степени окисления атомов водорода, образующих ион Н⁺, а не атомов серы. С металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода разбавленная серная кислота не взаимодействует.

Уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной — с медью

а) взаимодействие разбавленной серной кислоты с магнием

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Mg⁰ + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂⁰

Молекулярное уравнение реакции:

Mg⁰ + H₂SO₄ = MgSO₄+ H₂↑

Магний увеличивает свою степень окисления от 0 до +2, т. е. является восстановителем, а водород окислитель, потому что уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.

б) взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Cu⁰ + S⁶⁺ = Cu²⁺ + S⁴⁺

Молекулярное уравнение реакции:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄+ SO₂↑ + 2H₂O

Задание 384
Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что — в двух других? Приведите примеры.
Решение:
Действие разбавленной азотной кислоты на металлы заключается в том, что в HNO₃ при этом  азот уменьшает свою степень окисления от +5 до +2, +1, 0, -3. Объясняется это тем, что при фиксированной концентрации HNO₃ могут  быть «атакованы» большим числом электронов. Это приводит к снижению степени окисления азота  в продуктах восстановления HNO₃. Так, для разбавленной HNO₃ имеется два случая, характеризующихся выделением NO, при взаимодействии с тяжёлыми металлами, и N₂ при взаимодействии окислителя с активными металлами и получаем промежуточный случай для малоактивных металлов продуктом восстановления HNO₃ должен  являться N₂O. Таким образом, при восстановлении HNO₃ (разбавленной) активными металлами(от Mg до Cr) продуктом восстановления является N₂, а тяжёлыми металлами (от Sb до Au) – NO. Окислителем является атом азота со степенью окисления +5.  

Соляная и разбавленная серная кислота при взаимодействии с металлами, стоящими в электротехническом ряду напряжений левее водорода взаимодействуют так, что выделяется Н₂. В этом случае окислителем являются ионы водорода Н+, входящие в состав молекул HCl и H₂SO₄. Хлор и сера вообще не участвуют в окислительном процессе. С металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода, соляная кислота и разбавленная серная кислота не взаимодействует, водород не выделяется.

а) Действие разбавленной азотной кислоты на металлы:

3Cu⁰ + 8HN ⁵⁺O₃ = 3Cu²⁺(NO₃)₂ + 2N²⁺O↑ + 4H₂O;
4Zn⁰ + 10HN⁵⁺O₃ = 4Zn²⁺(NO₃)₂ + N^3-H₄NO₃ + 3H₂O;
5Mg + 12HNO₃ = 5Mg(NO₃)₂ + N₂↑ + H₂O;
4Fe + 10HNO₃ = 4Fe(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

б) Действие разбавленной серной кислоты на металлы:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑;
2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

в) Действие соляной кислоты на металлы:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑;
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

Таким образом, в разбавленной HNO₃ (< 65%) роль окислителя играет атом азота в своей степени окисления +5, который уменьшает свою степень окисления от +5 до 0, +1, +2, +4, -3 в зависимости то активности металла. Роль окислителя в соляной кислоте и в разбавленной серной кислоте (< 70%) и который при взаимодействии данных кислот с металла-ми, стоящими в ряду напряжений левее водорода, уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.