Вправа 184. Поясніть в якому ступені окиснення елементи можуть виявляти властивості:
а) тільки окисні;
У вищому ступені окиснення — тільки окисні, оскільки атоми хімічних елементів у вищому ступені окиснення здатні тільки приймати електрони;
б) тільки відновні;
У нижчому ступені окиснення — тільки відновні, оскільки атоми хімічних елементів у нижчому ступені окиснення здатні тільки віддавати електрони;
в) і окисні, і відновні?
У проміжному ступені окиснення — і окисні, і відновні, оскільки атоми хімічних елементів у проміжному ступені окиснення здатні як приймати, так і віддавати електрони.
Вправа 185. Наведіть приклади речовин, що виявляють сильні окисні й відновні властивості. Поясніть свій вибір.
Сильні окисні властивості найбільш виявляють типові неметали, наприклад, галогени, кисень, сірка, а також деякі складні речовини, що містять хімічні елементи у високих ступенях окиснення (+5…+7), наприклад, H2SO4, HNO3, KMnO4, K2Cr2O7, атоми яких здатні тільки приймати електрони.
Сильні відновні властивості найбільш виявляють типові метали і деякі неметали, наприклад, водень, вуглець, а також сполуки неметалічних елементів у нижчих ступенях окиснення (-4…-1), наприклад, H2S, NH3, HІ, СН4, атоми яких здатні тільки віддавати електрони.
Вправа 186. Як залежить активність атомів елемента в окисно-відновних реакціях від його ступеня окиснення? Найбільшу активність виявляють в найвищому або в найнижчому ступені окиснення.
Вправа 187. Поясніть чи може виявляти відновні властивості:
а) атом Флуору;
Не може, бо атом має найбільшу електронегативність, а електронегативність характеризує здатність атома приймати електрони.
б) флуорид-іон;
Може, бо вже приєднав один електрон і здатний тільки віддавати його.
в) атом Натрію;
Може, бо здатний тільки віддавати електрон зовнішнього енергетичного рівня;
г) йон Натрію?
Не може, бо вже втратив електрон зовнішнього енергетичного рівня і не здатний більше віддавати електрони.
Вправа 188. Чому фтор і кисень у хімічних реакціях є переважно окисниками? Бо Флуор має найбільше значення електронегативності, а потім Оксиген, їх атоми здатні лише приймати електрони.
Поясніть чи існують ще прості речовини, які були б тільки окисниками чи тільки відновниками? З простих речовин тільки окисником є фтор, а тільки відновниками можуть метали, бо мають найменші значення електронегативностей, їх атоми здатні тільки віддавати електрони.
Вправа 189. У кожному ряду речовин знайдіть елемент, що міститься в усіх трьох речовинах. Визначте його ступінь окиснення в усіх цих сполуках. За ступенем окиснення визначте, в якій речовині цей елемент може бути тільки окисником, у якій — тільки відновником, а в якій — виявляти як окисні, так і відновні властивості.
a) NaH, H2, HCl; Водень.
NaH- - тільки відновником, H20 - як окисником, так і відновником, H+Cl - тільки окисником.
б) NH3, NO, HNO3; Нітроген.
N-3H3 - тільки відновником, N+2O - як окисником, так в відновником, HN+5O3 - тільки окисником.
в) H2S, SO2, H2SO4; Сульфур.
H2S-2 - тільки відновником, S+4O2 - як окисником, так і відновником, H2S+6O4 - тільки окисником.
г) HCl, Cl2, HClO4; Хлор.
HCl- - тільки окисником, Cl20 - як окисником, так і відновником, HCl+7O4 - тільки окисником.
д) Cr, CrCl3, CrO3; Хром.
Cr0 - тільки відновником, Cr+3Cl3 - як окисником, так в відновником, Cr+6O3 - тільки окисником.
e) Mn, MnO2, KMnO4. Манган.
Mn0 - тільки відновником, Mn+4O2 - як окисником, так і відновником, KMn+7O4 - тільки окисником.
Вправа 190. Складіть рівняння реакцій горіння в кисні наведених речовин та визначте елемент-відновник.
Залізо, водень, фосфор, гідроген сульфід, карбон (II) оксид, метан CH4.
4Fe0 + 3O2 = 2Fe2+3O3 Відновник Ферум.
Відновник Ферум підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +3.
2H20 + O2 = 2H2+1O Відновник Гідроген.
Відновник Гідроген підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +1.
4P0 + 5O2 = 2P2+5O5 Відновник Фосфор.
Відновник Фосфор підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +5.
2H2S-2 + 3O2 = 2H2O + 2S+4O2 Відновник Сульфур.
Відновник Сульфур підвищує свій ступінь окиснення від -2 до +4.
2C+2O + O2 = 2C+4O2 Відновник Карбон.
Відновник Карбон підвищує свій ступінь окиснення від +2 до +4.
C-4H2 + 2O2 = 2H2O + C+4O2 Відновник Карбон.
Відновник Карбон підвищує свій ступінь окиснення від -4 до +4.
Вправа 191. Складіть рівняння горіння кальцію в кисні. Атоми якої речовини втрачають електрони, а якої — приймають? Назвіть окисник і відновник.
2Ca + O2 = 2CaO
Ca0 + O20 -> Ca+2O-2
Відновник Сa0 - 2е ->Ca+2
Окисник O20 + 4e -> 2O-2
Відновник Кальцій підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +2, а окисник Оксиген знижує свій ступінь окиснення від 0 до -2 .
Вправа 192. Складіть рівняння реакцій відновлення воднем таких речовин: вольфрам (VI) оксид, хром (III) оксид, титан (IV) оксид. У кожній реакції визначте елемент-окисник.
W+6O3 + 3H2 = W0 + 3H2O
Окисник W+6 + 6e -> W0
Окисник Вольфрам знижує свій ступінь окиснення від +6 до 0.
Сr2+3O3 + 3H2 = 2Cr0 + 3H2O
Окисник Cr+3 + 3e -> Cr0
Окисник Хром знижує свій ступінь окиснення від +3 до 0.
Ti+4O2 + 2H2 = Ti0 + 2H2O
Окисник Ti+4 + 4e -> Ti0
Окисник Титан знижує свій ступінь окиснення від +4 до 0.
Вправа 193. Залізо можна добути відновленням ферум (III) оксиду вуглецем, воднем, алюмінієм. Складіть відповідні рівняння реакцій. Назвіть окисник і відновник у кожній реакції.
2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
Fe2+3O3 + C0 -> Fe0 + C+4O2
Відновник C0 - 4e -> C+4
Окисник Fe+3 + 3e -> Fe0
Окисник Ферум знижує свій ступінь окиснення від +3 до 0, відновник Карбон підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +4.
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
Fe2+3O3 + H20 -> Fe0 + H2+1O
Відновник H20 - 2e -> 2H+1
Окисник Fe+3 + 3e -> Fe0
Окисник Ферум знижує свій ступінь окиснення від +3 до 0, відновник Гідроген підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +1.
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
Fe2+3O3 + Al0 -> Fe0 + Al2+3O3
Відновник Al0 - 3e -> Al+3
Окисник Fe+3 + 3e -> Fe0
Окисник Ферум знижує свій ступінь окиснення від +3 до 0, а відновник Алюміній підвищує свій ступінь окиснення від 0 до +3
Вправа 194. В алюміній броміді Алюміній перебуває у вищому ступені окиснення, а Бром — у нижчому. Який елемент у цій сполуці може бути окисником, а який — відновником? Відповідь поясніть, використовуючи рівняння реакцій:
АlВr3 + 3Na = 3NaBr + Al;
Al+3Br3 + Na0 -> Na+1Br + Al0
Відновник Na0 - 1e -> Na+1
Окисник Al+3 + 3e -> Al0
Окисник Алюміній знижує свій ступінь окиснення від +3 до 0,
2АlВr3 + 3Cl2 = 2AlCl3 + 3Br2.
AlBr3-1 + Cl20 -> AlCl3-1 + 3Br20
Відновник 2Br-1 - 2e -> Br20
Окисник Cl20 + 2e -> 2Cl-1
Відновник Бром підвищує свій ступінь окиснення від -1 до 0
Вправа 195. Декілька століть тому картини писали фарбами, що містили свинцеві білила. За багато років такі картини дуже почорніли внаслідок перетворення білил на плюмбум (ІІ) сульфід чорного кольору. Під час реставрації картин їх оброблюють розчином гідроген пероксиду, завдяки чому чорний плюмбум(ІІ) сульфід окиснюється до білої речовини, в якій Сульфур виявляє ступінь окиснення +6. На яку сполуку перетворюється плюмбум (ІІ) сульфід? Плюмбум (ІІ) сульфід перетворюється на плюмбум (ІІ) сульфат.
Складіть рівняння цієї реакції.
PbS-2 + 4H2O2-1 = PbS+6O4 + H2O-2
Як ви вважаєте, чи можна гідроген пероксид використовувати для вибілювання срібних виробів, що темніють унаслідок покриття аргентум (І) сульфідом? Не можна, бо використання гідроген пероксиду може призвести до утворення стійкої жовтизни.
Вправа 196. Як ви вважаєте, в якому повітрі швидше потьмяніє срібло: у чистому чи забрудненому? У забрудненому, особливо у тому, що містить гідроген сульфід.
Ag + O2 + 2H2S = 2Ag2S↓ + 2H2O
Вправа 197. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про використання окисно-відновних процесів у побуті й промисловості.
У ПОБУТІ:
1) горіння палива (наприклад, деревини) для отримання тепла, приготування їжі:
С6Н12Об + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О
2) горіння сірника:
P + O2 -> P2O5
P + KClO3 -> P2O5 + KCl
S + KClO3 -> SO2 + KCl
3) потемніння срібних виробів;
4) корозія залізних виробів:
4Fe + 3O2 + 6Н2О = 4Fe(OH)3↓
5) знезараження приміщень, наприклад, від ртуті:
Hg + S = HgS↓
6) у гальванічних елементах для отримання електричної енергії (акумуляторах, батарейках):
Zn + MnO2 = ZnO + MnO
7) процес бродіння для виготовлення квашених овочів, дріжджового тіста, кисломолочних продуктів, сиру тощо.
У ПРОМИСЛОВОСТІ:
1) металургійні процеси добування металів (наприклад, відновлення з руд заліза, міді, свинцю за допомогою вуглецю (коксу), карбон (ІІ) оксиду, а також водню Н2):
Fe2O3 + C -> Fe + CO2
Fe2O3 + CO -> Fe + CO2
FeO + CO -> Fe + CO2
CuO + H2 -> Cu + H2O
2) металотермія - відновлення металів з їх оксидів за допомогою активних металів:
Cr2O3 + Al -> Сr + Al2O3
MnO2 + Al -> Mn + Al2O3
3) одержання горючих газів (CO, H2, CH4) з вугілля:
CO2 + C = 2CO
CO + H2O = CO2 + H2 (t0=5000C, Fe2O3)
C + H2 -> CH4, CO + 3H2 = CH4 + H2O
4) добування хлороводню:
H2 + Cl2 = HCl↑
5) добування амоніаку, для виробництва мінеральних добрив, нітратної кислоти:
N2 + ЗН2 = 2NH3
6) добування кисню розкладанням води під дією постійного електричного струму:
2H2O = 2H2 + O2↑
7) у піротехніці для виготовлення феєрверків, бенгальських вогнів використовують, наприклад, бертолетову сіль:
KClO3 = KCl + O2
8) добування енергії з горіння будь-якого палива: природного газу, бензину, дизельного пального у двигунах автомобілів, літаків; ракетного пального — у двигунах ракет;
9) ОВР лежать в основі методу гальванопластики — покриття поверхні тонким шаром металу, наприклад, покриття сталі іншими металами — нікелем, хромом — для попередження корозії.