Решение задач по химии на окислительно-восстановительные реакции

 


Составление уравненй окислительно-восстановительных процессов

 


Задача 164.
Закончите уравнение реакци, раставив коэффициенты электронно-ионного баланса в реакции:
MnS + HNО3(разб) =  Mn(NO3)2 +S + NO + H2O
Решение:
Уравнения электронного баланса:

Восстановитель    3|S2– - 2 электрон  =  S0    процесс окисления
Окислитель        2|N5+O3 + 3электрон + 4H+ =  N3+O + 4H2O  процесс восстановления

Ионно-молекулярное уравнение:

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, HNO3окислитель; 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 + H2  

Уравнения электронного баланса:

Восстановитель    2|CrO2– - 3электрон + 4ОН  =  CrO42– + 2Н2О   процесс окисления
Окислитель           3|Br20 +  2электрон         =  2Br процесс восстановления

Ионно-молекулярное уравнение:

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 - 2электрон + 2Н2О  =  SO42– + 4Н+  процесс окисления
Окислитель        2|MnO4 +  3электрон + 4Н+ = MnO2 + 2Н2О  процесс восстановления

Ионно-молекулярное уравнение:

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 + 2электрон  = 2Cl    процесс восстановления        
восстановитель    1|2|Cl20  - 10электрон  = 2Cl+5   процесс окисления  

Ионно-молекулярное уравнение:      

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 + 6электрон = Cl         процесс восстановления
восстановитель3 |6|Cl+5 -  2электрон = Cl+7       процесс окисления

Ионно-молекулярное уравнение

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+ + 5электрон = 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.