Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель

Билет № 9

1. Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель (на примере двух реакций)

Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления. Широко распространенными реакциями этого типа являются реакции горения. Также сюда относятся реакции медленного окисления (коррозия металлов, гниение органических веществ).

Степень окисления элемента показывает число смещенных (притянутых или отданных) электронов. В простых веществах она равна нулю. В бинарных соединениях (состоящих из 2-х элементов) равна валентности, перед которой ставится знак (поэтому иногда ее называют «условным зарядом»).

В веществах, состоящих из 3-х и более элементов, степень окисления можно рассчитать с помощью уравнения, взяв неизвестную степень окисления за «икс», а общую сумму приравняв к нулю. Например, в азотной кислоте HNO3 степень окисления водорода +1, кислорода −2, получаем уравнение:
+1 + x −2 • 3 = 0
x = +5

Элемент, присоединяющий электроны, называется окислителем. Элемент, являющийся донором электронов (отдающий электроны), называется восстановителем.

 _2 e_
|          ↓
Fe0 + S0 = Fe+2S−2

При нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа. Железо является восстановителем (окисляется), сера — окислителем (восстанавливается).

S0 + O20 = S+4O2−2

В этой реакции сера является восстановителем, кислород окислителем. Образуется оксид серы (IV)

Можно привести пример с участием сложного вещества:

Zn0 + 2H+1Cl = Zn+2Cl2 + H20

цинк — восстановитель, водород соляной кислоты — окислитель.

Можно привести пример с участием сложного вещества и составить электронный баланс:

Cu0 + 4HN+5O3 (конц.) = Cu+2(NO3)2 + 2H2O + 2N+4O2

Cu0 − 2e → Cu+2 2 1 — восстановитель
N+5 + 1e → N+4 2 — окислитель

2. Задача. Вычисление массы продукта реакции, если для его получения взят раствор с определенной массовой долей (%) исходного вещества

m растворенного вещества = m раствора • ω

где ω — массовая доля

Можно получить ту же формулу, составляя пропорцию:

m раствора — 100%

х            —     ω %

х = m раствора • ω : 100

Пример:

Сколько граммов хлорида цинка получится при растворении избытка цинка в 20 граммах 10%-ного раствора соляной кислоты?

Решение:

  1. Находим массу HCl в растворе:
    m HCl = 20 г • 10% : 100% = 2 г
  2. Находим количество вещества HCl:
    M (HCl) = 35,5 + 1 = 36,5 г/моль
    n = m/M = 2 г : 36,5 г/моль = 0,055 моль
  3. Подписываем данные над уравнением реакции, а число моль согласно уравнению (равно коэффициентам) под ним:
    0,055 моль   x моль
    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
         2 моль  1 моль

    Составляем пропорцию:
    0,055 моль — x моль
    2 моль — 1 моль

    Находим x:
    x = 0,055 моль • 1 моль / 2 моль = 0,028 моль
  4. Находим массу соли:
    M (ZnCl2) = 65 + 35,5 • 2 = 136 г/моль
    m = M • n = 136 г/моль • 0,028 моль = 3,8 г

Ответ: 3,8 г.

(Если подставлять в уравнение не моли, а граммы, то получится точнее — 3,7 г)

автор: Владимир Соколов