Разделе окислительно восстановительные и ионные уравнения 2kmno4

Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции

В данном разделе собраны задачи по теме Окислительно-восстановительные реакции. Приведены примеры задач на составление уравнений реакций, нахождение окислительно-восстановительного потенциал, и константы равновесия ОВР и другие.

Задача 1. Какие соединения и простые вещества могут проявлять только окислительные свойства? Выберите такие вещества из предложенного перечня: NH₃, CO, SO₂, K₂MnO₄, Сl₂, HNO₂. Составьте уравнение электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

Решение.

Простые вещества, атомы которых не могут отдать электрон, а могут только присоединить его в реакциях являются только окислителями. Из простых веществ только окислителем может быть фтор F₂, атомы которого имеют наивысшую электроотрицательность. В сложных соединениях – если атом, входящий в состав этого соединения (и меняющий степень окисления) находится в своей наивысшей степени окисления, то данное соединение будет обладать только окислительными свойствами.

Из предложенного списка соединений, нет веществ, которые обладали бы только окислительными свойствами, т.к. все они находятся в промежуточной степени окисления.

Наиболее сильный окислитель из них – Cl₂, но в реакциях с более электроотрицательными атомами будет проявлять восстановительные свойства.

Составим электронные уравнения:

N +5 +3e — = N +2 | 8 окислитель

S -2 — 8e — = S +6 | 3 восстановитель

Сложим два уравнения

8N +5 +3S -2 — = 8N +2 + 3S +6

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение:

Задача 2. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? Составьте уравнения реакций HNO₂: а) с бромной водой; б) с HI; в) с KMnO₄. Какую функцию выполняет азотистая кислота в этих реакциях?

Решение.

HN +3 O₂ — Степень окисления азота в азотистой кислоте равна +3 (промежуточная степень окисления). Азот в этой степени окисления может как принимать, так и отдавать электроны, т.е. может являться как окислителем, так восстановителем.

N +3 – 2 e = N +5 | 1 восстановитель

Br₂ 0 + 2 e = 2Br — | 1 окислитель

N +3 + Br₂ = N +5 + 2Br —

б) HNO₂ + 2HI = I₂ + 2NO + 2H₂O

N +3 + e = N +2 | 1 окислитель

2I — — 2 e = I ₂ | 1 восстановитель

N +3 + 2I — = N +2 + I₂

N +3 – 2 e = N +5 | 5 восстановитель

Mn +7 + 5 e = Mn +2 | 2 окислитель

5N +3 + 2Mn +7 = 5N +5 + 2Mn +2

Задача 3. Определите степени окисления всех компонентов, входящих в состав следующих соединений: HСl, Cl₂, HClO₂ , HClO₃ , Cl₂O₇ . Какие из веществ являются только окислителями, только восстановителями, и окислителями и восстановителями? Расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

КСlO₃ → КС1 + КСlO₄.

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Хлор может проявлять степени окисления от -1 до +7.

Соединения, содержащие хлор в его высшей степени окисления, могут быть только окислителями, т.е. могут только принимать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его низшей степени окисления, могут быть только восстановителями, т.е. могут только отдавать электроны.

Соединения, содержащие хлор в его промежуточной степени окисления, могут быть как восстановителями, так и окислителями, т.е. могут отдавать, так и принимать электроны.

H +1 Сl -1 , Cl 0 ₂, H +1 Cl +3 O₂ -2 , H +1 Cl +5 O₃ -2 , Cl₂ +7 O₇ -2

Таким образом, в данном ряду

Только окислитель — Cl₂O₇

Только восстановитель – HСl

Могут быть как окислителем, так и восстановителем — Cl₂, HClO₂ , HClO₃

КСlO₃ → КС1 + КСlO₄.

Составим электронные уравнения

Cl +5 +6e — = Cl — | 2 | 1 окислитель

Cl +5 -2e — = Cl +7 | 6 | 3 восстановитель

Расставим коэффициенты

4Cl +5 = Cl — + 3Cl +7

Задача 4. Какие из приведенных реакций являются внутримолекулярными? Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Укажите восстановитель, окислитель.

Решение.

В реакциях внутримолекулярного окисления-восстановления перемещение электронов происходит внутри одного соединения, т.е. и окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же сложного вещества (молекулы)

а) 2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂ — внутримолекулярная ОВР

N +5 +2e — = N +3 | 2 окислитель

2 O -2 -4 e — = O₂ 0 | 1 восстановитель

2N +5 + 2O -2 = 2N +3 + O₂ 0

б) 3Mq + N₂ = Mq₃N₂ — межмолекулярная ОВР

N₂ +6e — = 2N -3 | 2 | 1 окислитель

Mg 0 -2 e — = Mg +2 | 6 | 3 восстановитель

N₂ + 3Mg 0 = 2N -3 + 3Mg +2

в) 2KClO₃ = 2KCl + 3O₂ — внутримолекулярная ОВР

Cl +5 +6e — = Cl — | 4 | 2 окислитель

2 O -2 -4 e — = O₂ 0 | 6 | 3 восстановитель

2Cl +5 + 6O -2 = 2Cl — + 3O₂ 0

Задача 5. Какие ОВР относятся к реакциям диспропорционирования? Расставьте коэффициенты в реакциях:

а) Cl₂ + KOH = KCl + KClO₃ + H₂O;

б) KClO₃ = KCl + KClO₄ .

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) 3Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O;

Cl₂ 0 +2e — = 2Cl — | 10| 5 окислитель

Cl₂ 0 -10e — = 2Cl +5 | 2 | 1 восстановитель

5Cl₂ 0 + Cl₂ 0 = 10Cl — + 2Cl +5

3Cl₂ 0 = 5Cl — + Cl +5

б) 4KClO₃ = KCl + 3KClO₄

Cl +5 +6e — = Cl — | 2 | 1 окислитель

Cl +5 -2 e — = Cl +7 | 6 | 3 восстановитель

4Cl +5 = Cl — + 3Cl +7

Задача 6. Составьте электронные уравнения и подберите коэффициенты ионно-электронным методом в реакции

Решение.

MnO₄ — + 8H + +5e — = Mn 2+ + 4H₂O | 2 окислитель

NO₂ — + H₂O — 2e — = NO₃ — + 2H + | 5 восстановитель

Сложим две полуреакции, умножив каждую на соответствующий коэффициент:

После сокращения идентичных членов, получаем ионное уравнение:

Подставим коэффициенты в молекулярное уравнение и уравняем его правую и левую части:

Задача 7. Определите методом электронного баланса коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций:

Решение.

Составим электронные уравнения

Zn 0 – 2 e = Zn 2+ | 8 | 4 | восстановитель

N +5 + 8 e = N 3- | 2 | 1 | окислитель

4Zn 0 + N +5 = 4Zn 2+ + N 3-

Составим электронные уравнения

Zn 0 – 2 e = Zn 2+ | 2 | 1 восстановитель

S +6 + 2 e = S +4 | 2 | 1 окислитель

Zn 0 + S +6 = Zn 2+ + S +4

Задача 8. Можно ли в качестве окислителя в кислой среде использовать K₂Cr₂O₇ в следующих процессах при стандартных условиях:

а) 2F — -2e — = F₂, E 0 = 2,85 В

б) 2Сl — -2e — = Cl₂, E 0 = 1,36 В

в) 2Br — -2e — = Br₂, E 0 = 1,06 В

г) 2I — -2e — = I₂, E 0 = 0,54 В

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы

Cr₂O₇ 2- + 14H + + 6e — = 2Cr 3+ + 7H₂O равен E 0 =1,33 В

Решение.

Для определения возможности протекания ОВР в прямом направлении необходимо найти ЭДС гальванического элемента:

ЭДС = Е 0 _ок — Е 0 _восст

Если найденная величина ЭДС > 0, то данная реакция возможна.

Итак, определим, можно ли K₂Cr₂O₇ использовать в качестве окислителя в следующих гальванических элементах:

Таким образом, в качестве окислителя дихромат калия можно использовать только для процессов:

2Br — -2e — = Br₂ и 2I — -2e — = I

Задача 9. Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы

MnO₄ — + 8H + +5e — = Mn 2+ + 4H₂O

Если С(MnO₄ — )=10 -5 М, С(Mn 2+ )=10 -2 М, С(H + )=0,2 М.

Решение.

Окислительно-восстановительный потенциал рассчитывают по уравнению Нернста:

В приведенной системе в окисленной форме находятся MnO₄ — и H + , а в восстановленной форме — Mn 2+ , поэтому:

E = 1,51 + (0,059/5)lg(10 -5 *0,2/10 -2 ) = 1,46 В

Задача 10. Рассчитайте для стандартных условий константу равновесия окислительно-восстановительной реакции:

Решение.

Константа равновесия K окислительно-восстановительной реакции связана с окислительно-восстановительными потенциалами соотношением:

lgK = (E₁ 0 -E₂ 0 )n/0,059

Определим, какие ионы в данной реакции являются окислителем и восстановителем:

MnO₄ — + 8H + +5e — = Mn 2+ + 4H₂O | 2 окислитель

Br — + H₂O — 2e — = HBrO + H + | 5 восстановитель

Общее число электронов, принимающих участие в ОВР n = 10

E₁ 0 (окислителя) = 1,51 В

E₂ 0 (восстановителя) = 1,33 В

Подставим данные в соотношение для К:

lgK = (1,51 — 1,33 )10/0,059

K = 3,22*10 30

Примеры ОВР с ответами приведены также в разделе тест Окислительно-восстановительные реакции

Некоторые окислительно-восстановительные реакции алкенов: первое знакомство с методом электронно-ионного баланса в органической химии

Презентация к уроку

Тема “ОВР в органической химии” достаточно широко освящена на страницах журнала “Химия в школе” методистами, учителями (“Химия в школе”. 1998. №1. С.29-38, 2000. №2. С.61-69, 2004. №2. С.55-61 и др.).

В данной статье хочется представить свой опыт по использованию метода полуреакций при уравнивании схем на начальном этапе обучения органической химии: знакомство с некоторыми реакциями окисления непредельных углеводородов.

Первая возможность показать метод электронно-ионного баланса появляется при изучении химических свойств алкенов. Здесь очень важно грамотно сформировать навыки составления полуреакций. Для этого с учащимися записываем памятку:

В качестве примеров можно привести реакции взаимодействия алкенов с водным раствором KMnO₄ (реакция Вагнера) и раствором KMnO₄ в серной кислоте при tºC.

При взаимодействии алкенов с водным раствором KMnO₄ происходит одновременно окисление и гидратация по месту разрыва π-связи вне зависимости от места расположения двойной связи (на краю или в центре молекулы):

При наличии в молекуле 2-х двойных связей образуются тетраолы:

Напомним, что при действии KMnO₄ в H₂SO₄ при t º C двойная связь разрывается:

а) если двойная связь находится на конце молекулы, то образуется кислота и углекислый газ:

б) если двойная связь находится не на краю, то образуется смесь кислот:

в) если двойная связь находится при атоме углерода с двумя радикалами, то образуется кетон и карбоновая кислота или углекислый газ:

Если в молекуле 2 двойных связи, то при равных условиях они обе будут подвержены разрыву с образованием смеси веществ одно- и двухосновной кислот, углекислого газа или кетона:

Данные реакции используются для определения строения непредельных углеводородов (местонахождения кратных связей).

Обычно для усвоения учащимися материала урока вполне достаточно проработать по 2 примера ОВР алкенов в различных средах (работа проводится по памятке). Причем целесообразно брать одно вещество и составлять УХР его взаимодействия с KMnO₄ в различных средах.

Сокращаем одинаковые частицы в левой и правой частях схемы и получаем:

Записываем УХР в молекулярном виде:

Сокращаем одинаковые частицы в левой и правой частях схемы и получаем:

Записываем УХР в молекулярном виде:

Сокращаем одинаковые частицы в левой и правой частях схемы и получаем:

Записываем УХР в молекулярном виде:

Сокращаем одинаковые частицы в левой и правой частях схемы и получаем:

Записываем УХР в молекулярном виде:

C₃H₆ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ C₂H₄O₂ + CO₂ + 2MnSO₄ + 4H₂O + K₂SO₄

Для закрепления изученного материала можно дать учащимся задания, подобные следующему: алкен с брутто-формулой С₆Н₁₂ подвергли окислению KMnO₄ в присутствии H₂SO₄ при tºC. Определите строение алкена, если продуктами реакции являются 3-метилбутановая кислота и CO₂.

Ответ: Так как продукт СО₂, двойная связь находилась на конце молекулы, тогда

искомый алкен – 4-метилпентен-1.

После отработки навыков использования метода электронно-ионного баланса в ОВР алкенов можно провести самостоятельную работу по вариантам.

Задание: Составить и уравнять методом электронно-ионного баланса схемы реакций взаимодействия алкена с водным и сернокислым (при tºC) раствором перманганата калия:

Использование метода полуреакций при изучении реакций окисления алкенов позволяет учащимся в дальнейшем легче усвоить реакции окисления алкадиенов, алкинов, спиртов, альдегидов, кетонов, гомологов бензола и других органических соединений.

Преимущества использования электронно-ионного баланса в органической химии по сравнению с электронным очевидны:

большая часть реакций окисления органических веществ протекает в растворе;

практически все органические вещества являются неэлектролитами (кроме солей), а значит, при составлении полуреакции учащиеся меньше будут допускать ошибки, т.к. в полуреакциях следует записывать брутто-формулы органических веществ, а не продукты их диссоциации;

метод полуреакций более “элегантный” (при уравнивании схемы реакции окисления органического вещества электронным балансом приходится записывать большее число полуреакций, что может привести к ошибкам).

Например, для составления уравнения реакции 2-метилбутена-2 с водным раствором KMnO₄ схема будет иметь следующий вид:

Таким образом, метод электронного баланса не позволяет сразу определить коэффициенты в схеме реакции перед “побочными” веществами (в данном случае перед формулами Н₂О и КОН).

KMnO4+H2O2+KOH =K2MnO4+O2+H2O Составить ионное и молекулярное уравнения, расставить

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,297
• гуманитарные 33,622
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,223
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.