Решение задачи: Окислительно-восстановительные реакции

Хорошо, давайте разберем эти задания по химии. Задание 10. Приведите примеры окислительно-восстановительных реакций: а) протекающих в природе; б) осуществляемых человеком в его практической деятельности. Ответ: а) Примеры окислительно-восстановительных реакций, протекающих в природе: 1. Фотосинтез: растения используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в глюкозу и кислород. \[6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{свет}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2\] 2. Дыхание: живые организмы окисляют органические вещества (например, глюкозу) кислородом для получения энергии. \[\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}\] 3. Ржавление железа: железо реагирует с кислородом и водой, образуя оксиды железа (ржавчину). \[4\text{Fe} + 3\text{O}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe}(\text{OH})_3\] 4. Гниение органических веществ: разложение органических веществ под действием микроорганизмов. б) Примеры окислительно-восстановительных реакций, осуществляемых человеком в его практической деятельности: 1. Горение топлива (например, природного газа, угля, бензина) для получения энергии. \[\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}\] 2. Выплавка металлов из руд (например, восстановление железа из оксида железа в доменной печи). \[\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2\] 3. Производство серной кислоты (окисление сернистого газа). \[2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{SO}_3\] 4. Электролиз воды для получения водорода и кислорода. \[2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{электролиз}} 2\text{H}_2 + \text{O}_2\] Задания для самостоятельной работы Задание 1. Какие из следующих реакций являются окислительно-восстановительными: а) \(\text{KOH} + \text{CuCl}_2 \rightarrow \text{KCl} + \text{Cu}(\text{OH})_2\) б) \(\text{KBr} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{KCl} + \text{Br}_2\) в) \(\text{Fe}(\text{OH})_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O}\) г) \(\text{Pb}(\text{NO}_3)_2 \rightarrow \text{PbO} + \text{NO}_2 + \text{O}_2\) Ответ: Чтобы определить, является ли реакция окислительно-восстановительной (ОВР), нужно посмотреть, изменяются ли степени окисления элементов. а) \(\text{KOH} + \text{CuCl}_2 \rightarrow \text{KCl} + \text{Cu}(\text{OH})_2\) Степени окисления: В \(\text{KOH}\): \(\text{K}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\), \(\text{H}^{+1}\) В \(\text{CuCl}_2\): \(\text{Cu}^{+2}\), \(\text{Cl}^{-1}\) В \(\text{KCl}\): \(\text{K}^{+1}\), \(\text{Cl}^{-1}\) В \(\text{Cu}(\text{OH})_2\): \(\text{Cu}^{+2}\), \(\text{O}^{-2}\), \(\text{H}^{+1}\) Степени окисления всех элементов не изменились. Это реакция обмена. Вывод: **Не является ОВР.** б) \(\text{KBr} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{KCl} + \text{Br}_2\) Степени окисления: В \(\text{KBr}\): \(\text{K}^{+1}\), \(\text{Br}^{-1}\) В \(\text{Cl}_2\): \(\text{Cl}^{0}\) В \(\text{KCl}\): \(\text{K}^{+1}\), \(\text{Cl}^{-1}\) В \(\text{Br}_2\): \(\text{Br}^{0}\) Изменились степени окисления: \(\text{Br}^{-1} \rightarrow \text{Br}^{0}\) (окисление), \(\text{Cl}^{0} \rightarrow \text{Cl}^{-1}\) (восстановление). Вывод: **Является ОВР.** в) \(\text{Fe}(\text{OH})_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O}\) Степени окисления: В \(\text{Fe}(\text{OH})_3\): \(\text{Fe}^{+3}\), \(\text{O}^{-2}\), \(\text{H}^{+1}\) В \(\text{Fe}_2\text{O}_3\): \(\text{Fe}^{+3}\), \(\text{O}^{-2}\) В \(\text{H}_2\text{O}\): \(\text{H}^{+1}\), \(\text{O}^{-2}\) Степени окисления всех элементов не изменились. Это реакция разложения. Вывод: **Не является ОВР.** г) \(\text{Pb}(\text{NO}_3)_2 \rightarrow \text{PbO} + \text{NO}_2 + \text{O}_2\) Степени окисления: В \(\text{Pb}(\text{NO}_3)_2\): \(\text{Pb}^{+2}\), \(\text{N}^{+5}\), \(\text{O}^{-2}\) В \(\text{PbO}\): \(\text{Pb}^{+2}\), \(\text{O}^{-2}\) В \(\text{NO}_2\): \(\text{N}^{+4}\), \(\text{O}^{-2}\) В \(\text{O}_2\): \(\text{O}^{0}\) Изменились степени окисления: \(\text{N}^{+5} \rightarrow \text{N}^{+4}\) (восстановление), \(\text{O}^{-2} \rightarrow \text{O}^{0}\) (окисление). Вывод: **Является ОВР.** Задание 2. Закончите уравнения следующих процессов: а) \(\text{Al}^{0} - 3\text{e} = \) б) \(\text{S}^{+6} + 8\text{e} = \) в) \(\text{N}^{-3} - 5\text{e} = \) г) \(\text{Fe}^{+3} + 1\text{e} = \) д) \(\text{Br}_2 + 2\text{e} = \) е) \(\text{Mn}^{+2} - 5\text{e} = \) Какие из этих процессов являются процессами восстановления? Ответ: а) \(\text{Al}^{0} - 3\text{e} = \text{Al}^{+3}\) (отдача электронов - окисление) б) \(\text{S}^{+6} + 8\text{e} = \text{S}^{-2}\) (присоединение электронов - восстановление) в) \(\text{N}^{-3} - 5\text{e} = \text{N}^{+2}\) (отдача электронов - окисление) г) \(\text{Fe}^{+3} + 1\text{e} = \text{Fe}^{+2}\) (присоединение электронов - восстановление) д) \(\text{Br}_2 + 2\text{e} = 2\text{Br}^{-1}\) (присоединение электронов - восстановление) е) \(\text{Mn}^{+2} - 5\text{e} = \text{Mn}^{+7}\) (отдача электронов - окисление) Процессами восстановления являются: **б), г), д)**. Задание 3. Какие из следующих веществ могут быть: а) только окислителями; б) только восстановителями; в) и окислителями, и восстановителями: \(\text{CrO}_3\), \(\text{Mg}_3\text{P}_2\), \(\text{Na}_2\text{CrO}_4\), \(\text{SO}_2\), \(\text{KI}\), \(\text{KNO}_2\), \(\text{LiClO}_4\), \(\text{KH}\), \(\text{Fe}\), \(\text{H}_2\text{O}_2\), \((\text{NH}_4)_2\text{S}\)? Ответ: Для определения окислительных и восстановительных свойств нужно посмотреть на степень окисления элемента. * Если элемент находится в максимально возможной степени окисления, он может быть только окислителем (принимать электроны). * Если элемент находится в минимально возможной степени окисления, он может быть только восстановителем (отдавать электроны). * Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может быть и окислителем, и восстановителем. Разберем каждое вещество: 1. \(\text{CrO}_3\): \(\text{Cr}^{+6}\) (максимальная степень окисления для хрома). Вывод: **только окислитель**. 2. \(\text{Mg}_3\text{P}_2\): \(\text{P}^{-3}\) (минимальная степень окисления для фосфора). Вывод: **только восстановитель**. 3. \(\text{Na}_2\text{CrO}_4\): \(\text{Cr}^{+6}\) (максимальная степень окисления для хрома). Вывод: **только окислитель**. 4. \(\text{SO}_2\): \(\text{S}^{+4}\) (промежуточная степень окисления для серы, может быть \(\text{S}^{-2}\), \(\text{S}^{0}\), \(\text{S}^{+4}\), \(\text{S}^{+6}\)). Вывод: **и окислитель, и восстановитель**. 5. \(\text{KI}\): \(\text{I}^{-1}\) (минимальная степень окисления для йода). Вывод: **только восстановитель**. 6. \(\text{KNO}_2\): \(\text{N}^{+3}\) (промежуточная степень окисления для азота, может быть от \(\text{N}^{-3}\) до \(\text{N}^{+5}\)). Вывод: **и окислитель, и восстановитель**. 7. \(\text{LiClO}_4\): \(\text{Cl}^{+7}\) (максимальная степень окисления для хлора). Вывод: **только окислитель**. 8. \(\text{KH}\): \(\text{H}^{-1}\) (минимальная степень окисления для водорода в гидридах металлов). Вывод: **только восстановитель**. 9. \(\text{Fe}\): \(\text{Fe}^{0}\) (минимальная степень окисления для железа). Вывод: **только восстановитель**. 10. \(\text{H}_2\text{O}_2\): \(\text{O}^{-1}\) (промежуточная степень окисления для кислорода, может быть \(\text{O}^{-2}\), \(\text{O}^{-1}\), \(\text{O}^{0}\)). Вывод: **и окислитель, и восстановитель**. 11. \((\text{NH}_4)_2\text{S}\): \(\text{N}^{-3}\) (минимальная степень окисления для азота), \(\text{S}^{-2}\) (минимальная степень окисления для серы). Вывод: **только восстановитель**. Итого: а) Только окислители: **\(\text{CrO}_3\), \(\text{Na}_2\text{CrO}_4\), \(\text{LiClO}_4\)**. б) Только восстановители: **\(\text{Mg}_3\text{P}_2\), \(\text{KI}\), \(\text{KH}\), \(\text{Fe}\), \((\text{NH}_4)_2\text{S}\)**. в) И окислители, и восстановители: **\(\text{SO}_2\), \(\text{KNO}_2\), \(\text{H}_2\text{O}_2\)**. Задание 4. Укажите тип каждой из следующих окислительно-восстановительных реакций: а) \(\text{P} + \text{KOH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{PH}_3 + \text{KH}_2\text{PO}_2\) б) \(\text{H}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S} + \text{H}_2\text{O}\) в) \(\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{KClO}_4\) г) \(\text{NH}_4\text{NO}_3 \rightarrow \text{N}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O}\) д) \(\text{Cu} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}\) е) \(\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Ag} + \text{NO}_2 + \text{O}_2\) ж) \(\text{Fe} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{FeCl}_3\) Ответ: Типы ОВР: * **Межмолекулярные** (или межмолекулярное окисление-восстановление): окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах. * **Внутримолекулярные** (или внутримолекулярное окисление-восстановление): окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле. * **Диспропорционирование** (или самоокисление-самовосстановление): один и тот же элемент в одной и той же степени окисления является и окислителем, и восстановителем. * **Контрпропорционирование** (или сопропорционирование): элемент в разных степенях окисления реагирует, образуя одну промежуточную степень окисления. а) \(\text{P}^{0} + \text{KOH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{P}^{-3}\text{H}_3 + \text{KH}_2\text{P}^{+1}\text{O}_2\) Фосфор из степени окисления 0 переходит в \(-3\) и в \(+1\). Один и тот же элемент в одной и той же степени окисления является и окислителем, и восстановителем. Вывод: **Диспропорционирование**. б) \(\text{H}_2\text{S}^{+4}\text{O}_3 + \text{H}_2\text{S}^{-2} \rightarrow \text{S}^{0} + \text{H}_2\text{O}\) Сера из \(\text{S}^{+4}\) восстанавливается до \(\text{S}^{0}\), сера из \(\text{S}^{-2}\) окисляется до \(\text{S}^{0}\). Элемент в разных степенях окисления реагирует, образуя одну промежуточную степень окисления. Вывод: **Контрпропорционирование**. в) \(\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{KClO}_4\) В \(\text{KClO}_3\) хлор имеет степень окисления \(\text{Cl}^{+5}\). В \(\text{KCl}\) хлор \(\text{Cl}^{-1}\), в \(\text{KClO}_4\) хлор \(\text{Cl}^{+7}\). Хлор из \(\text{Cl}^{+5}\) переходит в \(\text{Cl}^{-1}\) (восстановление) и в \(\text{Cl}^{+7}\) (окисление). Один и тот же элемент в одной и той же степени окисления является и окислителем, и восстановителем. Вывод: **Диспропорционирование**. г) \(\text{N}^{-3}\text{H}_4\text{N}^{+5}\text{O}_3 \rightarrow \text{N}_2^{+1}\text{O} + \text{H}_2\text{O}\) Азот в \(\text{NH}_4\text{NO}_3\) имеет две степени окисления: \(\text{N}^{-3}\) (в \(\text{NH}_4^{+}\)) и \(\text{N