blank

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?)

blank

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.

blank

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.

blank

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.

  1. Какие продукты реакции получены в ходе окислительно-восстановительной реакции серной кислоты (концентрированной) с фосфором?
  2. Напишите уравнение реакции разбавленной азотной кислоты с алюминием. Обоснуйте ответ.
  3. Установите продукты реакции взаимодействия золота с царской водкой. Ответ обоснуйте.
  4. 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 реакцииСвойства 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