Задание №21. Окислительно-восстановительные реакции
Надеемся, что вам удалось справиться с предыдущим заданием по определению продуктов реакции в различных средах. А темой этой статьи будет поведение в ОВР некоторых типичных окислителей и восстановителей. Этой теме посвящено 21 задание егэ по химии. В задании с большой долей вероятности будет представлен определенный элемент и необходимо будет определить его поведение (окислительно-восстановительные свойства) в различных соединениях.
Давайте рассмотрим несколько примеров.
К примеру, у нас есть перманганат калия. В зависимости от характера среды перманганат восстанавливается до разных продуктов. Его окислительные свойства проявляются в наибольшей степени в кислой среде, при этом он восстанавливается до Mn+2 , в щелочной среде окислительные свойства выражены меньше всего и он восстанавливается до Mn+6. (а теперь вспомните предыдущее задание так ли вы рассуждали?)
Еще один пример это хроматы и дихроматы некоторых металлов. В зависимости от среды хром шестивалентный может находиться в водных растворах в виде хроматов (CrO4-2) или дихроматов (Cr2O7-2). Окислительные свойства шестивалентного хрома будут проявляться сильнее всего в кислой среде, где он находится в виде дихромат-иона. В водном растворе дихромат восстанавливается до иона Cr3+.
Восстановительные свойства же трехвалентного хрома сильнее всего проявятся в щелочной среде, при этом он окислится до хроматов.
Попробуйте написать уравнение реакции сульфита калия с дихроматом калия в кислой среде (серная кислота). Какие продукты реакции будут получены? Кто в реакции восстановитель, а кто окислитель?
Окислительно-восстановительные свойства кислот
Любая кислота диссоциирует с образованием ионов водорода. Эти ионы взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, восстанавливаются до свободного водорода. Поэтому каждая кислота, взаимодействуя с металлом с выделение водорода, выступает в роли окислителя за счет восстановления ионов водорода.
Помимо этого, у кислородных кислот центральный атом в анионе может понижать свою степень окисления, в результате чего кислотный остаток может также выступать в роли окислителя. Так в молекуле серной кислоты имеется атом серы в степени окисления 6+, который может восстанавливаться до более низкой степени окисления: +4, 0 или до 2-. Значит молекула серной кислоты может выступать в роли окислителя еще и за счет восстановления серы.
Обобщенное название кислот такого рода- кислоты-окислители. К ним относят концентрированную серную, концентрированную азотную, разбавленную азотную. Характерной особенностью окислительных свойств таких кислот является отсутствие выделения водорода при их воздействии на металлы. Объясняется это просто: более сильный окислитель в этом случае анион кислоты, а не ион водорода.
Поэтому сильные кислоты-окислители способны окислять металлы, стоящие справа от водорода в ряду напряжений, неметаллы и сложные вещества. Кислота-окислитель окисляет оксид металла, в котором металл находится в низкой степени окисления с повышением степени окисления последнего. При воздействии на неметаллы такой кислотой образуются ангидриды либо кислоты.
Что происходит с самой кислотой в реакциях?
Все зависит от активности восстановителя, температуры и концентрации кислоты в реакции. Но очень важно, что в зависимости от разных условий кислота может восстанавливаться до разных продуктов, соответствующих разным степеням окисления центрального атома кислоты, при чем зачастую протекают параллельные реакции с образованием разных продуктов восстановления. Зачастую в литературных источниках вы можете встретить реакции взаимодействия определенных одинаковых реагентов, но продукты реакции указаны различные. Ошибки в этом нет, это как раз пример протекания параллельных реакций овр.
Давайте немного более подробно рассмотрим азотную и серную кислоты и механизм их взаимодействия в Ox/red реакциях.
Азотная кислота
Азотная кислота обладает окислительной способностью в любом виде (разбавленном, концентрированном). Вступает в реакцию практически со всеми металлами, за исключением золота, платины и нескольких других. Характер продуктов восстановления азотной зависит от активности восстановителя, к примеру металла и концентрации кислоты. Возрастание активности восстановителя и уменьшение концентрации кислоты приводит к уменьшению степени окисления азота в продукте восстановления HNO3. То есть ряд продуктов выглядит следующим образом:
NO2, NO, N2O, N2, NH3(NH4NO3)
Азотная кислота реагирует с неметаллами. Концентрированная кислота восстанавливается до диоксида азота, а разбавленная до монооксида.
Металлы хром, железо, алюминий с азотной кислотой не вступают в реакцию (пассивируются) из-за образования защитной оксидной пленки на поверхности. Сильным окислителем является «царская водка»-смесь азотной концентрированной с соляной концентрированной кислотой в соотношении 1: 3. Эта смесь способна окислять даже золото и платину благодаря наличия нитрозилхлорида-промежуточного соединения, образованного при окислении соляной кислоты азотной кислотой.
Концентрированная серная кислота
Способна окислять металлы, стоящие после водорода в ряду напряжений. Напомним, что водород при реакции концентрированной H2SO4 с металлами не выделяется. В зависимости от активности металла продуктами реакции могут быть диоксид серы, сера или сероводород.
Аналогично азотной кислоте реакция с амфотерными металлами не происходит при комнатной температуре. Однако при нагревании реакция возможна. К примеру железа растворяется в горячей серной кислоте и окисляется до высшей степени окисления +3.
С неметаллами аналогично азотной кислоте происходит реакция окисления неметалла до ангидридов или соответствующих кислот. Сама серная кислота восстанавливается до сернистого ангидрида.
А теперь попробуйте решить несколько практических задач. 4 вопрос – это тренировочное задание 21 егэ по химии 2020.
- Какие продукты реакции получены в ходе окислительно-восстановительной реакции серной кислоты (концентрированной) с фосфором?
- Напишите уравнение реакции разбавленной азотной кислоты с алюминием. Обоснуйте ответ.
- Установите продукты реакции взаимодействия золота с царской водкой. Ответ обоснуйте.
- Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента, которое он проявляет в этой реакции: к каждой позиции обозначенной буквой, подберите соответствующую реакцию, обозначенную цифрой
| Уравнение реакции | Свойства хрома |
| А) Cr2(SO4)3+H2O2+NaOH= | 1. окислитель |
| Б) Cr(OH)3+Cl2+KOH= | 2. восстановитель |
| В) KNO2+K2Cr2O7+H2SO4= | 3. является и окислителем и восстановителем |
| 4. не является ни окислителем ни восстановителем |