Решение задач по химии на окислительно-восстановительные реакции
Составление уравнений окислительно-восстановительных процессов
Задача 164.
Закончите уравнение реакции, расcтавив коэффициенты электронно-ионного баланса в реакции:
MnS + HNО3(разб) = Mn(NO3)2 +S + NO + H2O
Решение:
Уравнения электронного баланса:
Восстановитель 3|S2– - 2 = S0 процесс окисления
Окислитель 2|N5+O3– + 3 + 4H+ = N3+O + 4H2O процесс восстановления
3S2- + 2N5+O3– + 8H+ = 3S0 + 2N3+O + 4H2O
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 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.
Молекулярное уравнение реакции:
3MnS + 8HNО3(разб) = 3Mn(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O
В данной реакции: MnS – восстановитель, HNO3 – окислитель; MnS окисляется до S, HNO3 – восстанавливается до NO.
Задача 165.
Закончите уравнения реакций, расставив коэффициенты методом электронно-ионного баланса:
1) NaCrO2 + Br2 + NaOH = Na2CrO4 + NaBr + H2O (Щелочная среда)
2) KMnO4 + SO2 + H2O = MnO2 + K2SO4 + H2SO4 (Нейтральная среда)
Решение:
1. NaCrO2 + Br2 + NaOH = Na2CrO4 + NaBr + H2O
Уравнения электронного баланса:
Восстановитель 2|CrO2– - 3 + 4ОН– = CrO42– + 2Н2О процесс окисления
Окислитель 3|Br20 + 2 = 2Br– процесс восстановления
2CrO2– + 3Br20 + 8ОН– = 2CrO42– + 6Br– + 4H2O
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 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.
Молекулярное уравнение реакции:
2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 4H2O
2. KMnO4 + SO2 + H2O = MnO2 + K2SO4 + H2SO4
Уравнения электронного баланса:
Восстановитель 3|SO2 - 2 + 2Н2О = SO42– + 4Н+ процесс окисления
Окислитель 2|MnO4– + 3 + 4Н+ = MnO2 + 2Н2О процесс восстановления
2MnO4– + 3SO2 + 6Н2О = 2MnO2 + SO42– + 12Н+ + 4H2O
После приведения в равенстве получим:
2MnO4– + 3SO2 + 2Н2О = 2MnO2 + SO42– + 4Н+
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.
Молекулярное уравнение реакции:
2KMnO4 + 3SO2 + 2H2O = 2MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4
Реакции диспропорционирования
Задача 166.
Какие окислительно-восстановительных реакций относятся к реакциям диспропорционирования? Расставьте коэффициенты в реакциях:
а) Cl2 + NaOH = NaCl + NaClO3 + H2O;
б) NaClO3 = NaCl + NaClO4.
Решение:
В реакциях диспропорционирования окислителем и восстановителем являются атомы одного и того же элемента в одинаковой степени окисления (обязательно промежуточной). В результате образуются новые соединения, в которых атомы этого элемента обладают различной степенью окисления.
а) Cl2 + NaOH = NaCl + NaClO3 + H2O
Уравнения ионно-электронного баланса:
окислитель 5|10|Cl20 + 2 = 2Cl– процесс восстановления
восстановитель 1|2|Cl20 - 10 = 2Cl+5 процесс окисления
5Cl20 + Cl20 = 10Cl– + 2Cl+5
После приведения уравнение будет иметь вид:
3Cl20 = 5Cl– + Cl+5
Молекулярное уравнение реакции:
3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
б) NaClO3 = NaCl + NaClO4
Уравнения ионно-электронного баланса:
окислитель 1|2|Cl+5 + 6 = Cl– процесс восстановления
восстановитель3 |6|Cl+5 - 2 = Cl+7 процесс окисления
4Cl+5 = Cl– + 3Cl+7
Молекулярное уравнение реакции:
4NaClO3 = NaCl + 3NaClO4
Вычисление окислительно-восстановительных потенциалов химических процессов
Задача 167.
Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы:
MnO4– + 8H+ + 5 = Mn2+ + 4H2O.
Если С(MnO4–) = 10-4 М, С(Mn2+)=10-2 М, С(H+) = 0,1 М.
Решение:
Окислительно-восстановительный потенциал рассчитывают по уравнению Нернста:
E = E° + (0,059/n)lg(Cок/Cвос), где
E° – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность ионов).
В приведенной системе в окисленной форме находятся MnO4– и H+, а в восстановленной форме — Mn2+. Подставив исходные значения в уравнение Нернста, рассчитаем окислительно-восстановительный потенциал данной системы, получим:
E = 1,51 + (0,059/5)lg(10-4 . 0,1/10-2) = 1,55 В.
Ответ: 1,55 В.
Вычисление константы равновесия окислительно-восстановительной реакции
Задача 168.
Рассчитайте для стандартных условий константу равновесия окислительно-восстановительной реакции:
KBr + PbO2 + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + Br2 + 2KNO3 + 2H2O
Решение:
Константа равновесия (K) окислительно-восстановительной реакции связана с окислительно-восстановительными потенциалами следующим соотношением:
lgK = (Eокис. -Eвосст.)n/0,059
Определим, какие ионы в данной реакции являются окислителем и восстановителем:
окислитель 1|2|Pb2O + 4H+ + 2e = Pb2+ + 2H2O процесс восстановления E1° = 1,445 B;
восстановитель 1|2|2Br- - 2e = Br2 процесс окисления E2° = 1,087 B.
Окислителем в данном процессе является Pb2O, восстановителем - Br–. В окислительно-восстановительном процессе участвуют 2 электрона (n =2).
Подставим данные в соотношение для К:
lgK = (1,445 — 1,087)2/0,059 = 12,14;
lgK = 12,14;
K = 1,38*1012.
Ответ: K = 1,38 . 1012.