Вправа 105. Які реакції називають окисно-відновними? Реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, називають окисно-відновними реакціями.
Вправа 106. Дайте означення термінам «окиснення», «відновлення», «окисник», «відновник». Окиснення — процес втрачання електронів частинкою речовини, а відновлення — процес приєднання нею електронів. Речовина, яка втрачає електрони, є відновником, а речовина, яка приєднує електрони, — окисником.
Використовуючи ці терміни, прокоментуйте реакцію натрію з хлором.
2Na0 + Cl20 = 2Na+1Cl-1
Na0 -1e -> Na+1
Кожен атом Натрію втрачає один електрон і перетворюється на катіон. Ступінь окиснення Натрію підвищується від 0 до +1 і він окиснюється. Натрій є відновником.
Cl20 +2e -> 2Cl-1
Кожен атом Хлору приєднує один електрон і перетворюється на аніон. Ступінь окиснення Хлору знижується від 0 до -1 і він відновлюється. Хлор є окисником.
Вправа 107. Чому реакції, за допомогою яких із металічних руд добувають метали, є окисно-відновними? Бо у процесі реакції утворюються прості речовини ― метали, а для того щоб отримати чистий метал, необхідно передати катіону відсутнє число електронів ― відновити метал.
Вправа 108. Виберіть серед наведених схем ті, які відповідають окисно-відновним реакціям, і поясніть свій вибір:
а) Li + H2 → LiH;
в) KOH + H2S → K2S + H2O;
б) CaO + CO2 → CaCO3;
г) NaClO3 → NaCl+O2.
Відповідь: а), г), оскільки в цих реакціях бере участь або утворюється проста речовина (літій Li, водень Н2, кисень О2), тому така реакція є окисно-відновною.
Вправа 109. Запишіть у порожні клітинки таблиці по одному хімічному рівнянню (не використовуйте наведених у параграфі та попередній вправі):
|
Тип реакції
|
Ступені окиснення елементів змінюються |
Ступені окиснення елементів не змінюються |
|
Реакція сполучення |
H2 + Cl2 = 2HCl | CaO + H2O = Ca(OH)2 |
|
Реакція розкладу |
2KClO3 = 2KCl + O2↑ | Cu(OH)2 = CuO + H2O |
Вправа 110. Укажіть речовину окисник і речовину відновник у кожній реакції:
а) Ba + N2 → Ba3N2;
Речовина-окисник: азот.
Речовина-відновник: барій.
Ba0 + N20 → Ba3+2N2-3;
Ступінь окиснення Барію підвищується від 0 до +2, цей елемент окиснюється, тому барій речовина-відновник, а ступінь окиснення Нітрогену знижується від 0 до -3, цей елемент відновлюється, тому азот речовина-окисник.
б) Li2O + Si → Li + SiO2;
Речовина-окисник: оксид літію.
Речовина-відновник: силіцій.
Li2+1O-2 + Si0 → Li0 + Si+4O2-2;
Ступінь окиснення Силіцію підвищується від 0 до +4, цей елемент окиснюється, тому силіцій речовина-відновник, а ступінь окиснення Літію знижується від +1 до 0, цей елемент відновлюється, тому оксид літію речовина-окисник.
в) Fe2O3 + CO → Fe + CO2;
Речовина-окисник: оксид заліза.
Речовина-відновник: чадний газ.
Fe2+3O3-2 + C+2O-2 → Fe0 + C+4O2-2;
Ступінь окиснення Карбону підвищується від +2 до +4, цей елемент окиснюється, тому чадний газ речовина-відновник, а ступінь окиснення Феруму знижується від +3 до 0, цей елемент відновлюється, тому оксид заліза речовина-окисник.
г) NH3 + CuO → Cu + N2 + H2O.
Речовина-окисник: оксид міді.
Речовина-відновник: амоніак.
N-3H3+1 + Cu+2O-2 → Cu0 + N20 + H2+1O-2;
Ступінь окиснення Нітрогену підвищується від -3 до 0, цей елемент окиснюється, тому амоніак речовина-відновник, а ступінь окиснення Купруму знижується від +2 до 0, цей елемент відновлюється, тому оксид міді речовина-окисник.
Вправа 111. Знайдіть відповідність (позначено однаковим кольором) і зазначте, в якій речовині Хлор може бути в хімічних реакціях тільки окисником, а в якій речовині — тільки відновником:
| Формула речовини | Ступінь окиснення Хлору |
| 1) Cl2O;
2) FeCl2; тільки відновником 3) HClO4; тільки окисником 4) Cl2; |
а) 0;
б) +2; в) +1; г) –1; ґ) +7. |
Відповідь: 1-в), 2-г) тільки відновником, 3-ґ) тільки окисником, 4-а).
Тільки окисником елемент може бути у вищому ступені окиснення, оскільки атоми хімічних елементів у вищому ступені окиснення здатні тільки приймати електрони. Вищий ступінь окиснення (+7) Хлор має у сполуці HClO4, тому є тільки окисником.
Тільки відновником елемент може бути у нижчому ступені окиснення, оскільки атоми хімічних елементів у нижчому ступені окиснення здатні тільки віддавати електрони. Нижчий ступінь окиснення (-1) Хлор має у сполуці FeCl2, тому є тільки відновником.
Вправа 112. Які частинки — атом K, йон S2–, атом С, йон Са2+, йон Fe2+, атом Fe, атом F — можуть бути в хімічних реакціях:
а) лише окисниками;
Йон Са2+, атом F, бо здатні тільки приймати електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня.
б) лише відновниками;
Атом К, йон S2-, атом Fe, бо здатні тільки віддавати електрони.
в) і окисниками, і відновниками?
Атом С, йон Fe+2, бо здатні як приймати, так і віддавати електрони.
Вправа 113. Складіть послідовність простих речовин за зростанням їх хімічної активності як окисників (запишіть літери у відповідному порядку): а) сірка; в) фосфор; б) фтор; г) хлор.
Відповідь: б); г); а); в).
Вправа 114. Напишіть замість крапок, скільки електронів приєднують або втрачають йони, і вкажіть процеси окиснення та відновлення:
а) 2H+ +2е → H2; Процес відновлення
б) 2F– -2е → F2; Процес окиснення
в) Fe+2 -1е → Fe+3; Процес окиснення
г) MnO4– +1е → MnO4-2. Процес відновлення
Вправа 115. Cкільки електронів приєднує чи втрачає атом Сульфуру під час таких перетворень:
а) сульфат-іон → сульфіт-іон;
Приєднує два електрони.
Визначимо ступінь окиснення Сульфуру у сульфат-іоні SO4-2 і сульфіт-іоні SО3-2. Алгебраїчна сума ступенів окиснення атомів у складному йоні дорівнює заряду йона. Ступінь окиснення О (-2).
Позначимо ступінь окиснення Сульфуру у сульфат-іоні через х: SхO4-2, тоді за властивістю електронейтральності маємо 1•х+4•(-2)=-2, звідси х=6. Отже ступінь окиснення Сульфуру +6.
Позначимо ступінь окиснення Сульфуру у сульфіт-іоні через х: SхO3-2, тоді за властивістю електронейтральності маємо 1•х+3•(-2)=-2, звідси х=4. Отже ступінь окиснення Сульфуру +4.
Отже, S+6 +2е → S+4
б) молекула сульфатної кислоти → молекула сірководню;
Приєднує вісім електронів.
H2S+6O4 → H2S-2
S+6 +8e → S-2
в) молекула сульфур (ІV) оксиду → сульфат-іон?
Втрачає два електрони.
S+4O2 → (S+6O4)-2
S+4 -2e → S+6
Вправа 116. Який об’єм водню (н.у.) можна добути за реакцією 10 г літію з достатньою кількістю води?
Дано: m(Li)=10 г
Знайти: V(H2)-?
Розв'язування
І спосіб
Складаємо хімічне рівняння:
10 г х л
2Li + 2H2O = 2LiOH + Н2↑
14 г 22,4 л
Над формулами сполук Li і H2 записуємо наведену в умові задачі масу речовини (10 г) і невідомий об'єм газу (х л), а під формулами сполук ― масу і об'єм відповідної кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) літію й, відповідно, масу 2 моль, бо прореагувало 2 моль літію Li з 1 моль водню Н2 (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л).
Mr(Li)=Ar(Li)=7, M(Li)=7 г/моль
Маса 1 моль=7 г, а 2 моль =14 г
Складаємо пропорцію і розв'язуємо її:
за рівнянням реакції 14 г Li реагує з 22,4 л H2,
за умовою задачі 10 г Li - х л H2.
14 г / 10 г = 22,4 л / x л, звідси за властивістю пропорції маємо:
х л • 14 г = 10 г • 22,4 л, тому
х=10 г • 22,4 л : 14 г=16 л
II спосіб
Обчислюємо кількість речовини літію масою 10 г за формулою v=m/M, де M=Mr г/моль.
Mr(Li)=Ar(Li)=7, M(Li)=7 г/моль
v(Li)=m(Li) : M(Li)=10 г : 7 г/моль=1,43 моль
Записуємо під формулами сполук у хімічному рівнянні їх кількості речовини згідно з коефіцієнтами, а над формулами - обчислену кількість речовини літію й невідому кількість речовини водню:
1,43 моль х моль
2Li + 2H2O = 2LiOH + Н2↑
2 моль 1 моль
Обчислюємо за допомогою пропорції кількість речовини водню.
1,43 моль / 2 моль = х моль / 1 моль, звідси за властивістю пропорції маємо:
х моль • 2 моль = 1,43 моль • 1 моль, тому
х=1,43 моль • 1 моль : 2 моль=0,715 моль
З формули v=V/VM, де VM=22,4 л/моль за н.у., знаходимо об'єм V=v•VM.
V(Н2)=v(Н2)•VM=0,715 моль•22,4 л/моль=16 л
Відповідь: V(Н2)=16 л