Страница 131 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Верны ли утверждения об окислительно-восстановительных процессах?

А. Процесс отдачи электронов называется окислением.

Б. Все реакции с участием простых веществ относятся к окислительно-восстановительным.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

А. Процесс отдачи электронов называется окислением.

Данное утверждение является одним из фундаментальных определений в теории окислительно-восстановительных реакций (ОВР). ОВР представляют собой химические реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Это изменение является следствием перераспределения электронов между атомами.

По определению, окисление — это процесс отдачи электронов атомом, ионом или молекулой. В результате окисления степень окисления элемента повышается. Вещество, в котором атом отдает электроны, называется восстановителем. Например, атом натрия, отдавая электрон, окисляется:
$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^{+1}$

Противоположный процесс называется восстановлением — это присоединение электронов, которое ведет к понижению степени окисления элемента.

Таким образом, утверждение А является верным.

Б. Все реакции с участием простых веществ относятся к окислительно-восстановительным.

Простые вещества — это вещества, которые состоят из атомов одного химического элемента. Степень окисления атомов в простых веществах принято считать равной нулю. В большинстве реакций, в которые вступают простые вещества, их атомы изменяют свою степень окисления, образуя химические соединения. Например, в реакции водорода с хлором:
$\overset{0}{H_2} + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow 2\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}$
Степень окисления водорода изменяется с 0 до +1, а хлора — с 0 до -1. Это окислительно-восстановительная реакция.

Однако существуют исключения. К ним относятся реакции аллотропных превращений. Аллотропия — это способность элемента существовать в виде нескольких простых веществ (аллотропных модификаций), различающихся по строению и свойствам. При переходе одной аллотропной модификации в другую изменения степеней окисления не происходит. Например, реакция превращения озона в кислород:
$2\overset{0}{O_3} \rightarrow 3\overset{0}{O_2}$
И озон ($O_3$), и кислород ($O_2$) являются простыми веществами, и степень окисления атомов кислорода в них равна нулю. Следовательно, эта реакция, несмотря на участие простых веществ, не является окислительно-восстановительной. Другие примеры — превращение белого фосфора в красный или графита в алмаз.

Поскольку существуют исключения, утверждение, что все реакции с участием простых веществ являются ОВР, является неверным.

Итак, утверждение А верно, а утверждение Б неверно. Следовательно, правильный вариант ответа — 1.

Ответ: 1

7. Самыми слабыми восстановительными свойствами обладает ме-талл

1) цинк

2) медь

3) хром

4) ртуть

Восстановительные свойства металлов характеризуют их способность отдавать электроны в химических реакциях. Чем легче металл отдает электроны, тем он более сильный восстановитель. Сила восстановительных свойств металлов определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности металлов).

В этом ряду металлы расположены в порядке уменьшения их восстановительной активности (и увеличения их стандартного электродного потенциала). Металлы, стоящие левее в ряду, являются более сильными восстановителями, чем металлы, стоящие правее.

Рассмотрим положение данных металлов в ряду активности:

... Zn (цинк) ... Cr (хром) ... H₂ ... Cu (медь) ... Hg (ртуть) ...

Также можно сравнить их стандартные электродные потенциалы ($E^\circ$):

• 1) цинк (Zn): $E^\circ = -0.76$ В
• 3) хром (Cr): $E^\circ = -0.74$ В
• 2) медь (Cu): $E^\circ = +0.34$ В
• 4) ртуть (Hg): $E^\circ = +0.85$ В

Чем выше (более положительное) значение стандартного электродного потенциала, тем слабее восстановительные свойства металла. Сравнивая значения, видим, что у ртути самый высокий потенциал. Следовательно, ртуть является самым слабым восстановителем из предложенного списка.

Ответ: 4) ртуть.

8. В химической реакции, схема которой $ \text{CO} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Fe} + \text{CO}_2 $, окислителем является

1) $ \text{C}^{+2} $

2) $ \text{Fe}^{+3} $

3) $ \text{Fe}^{0} $

4) $ \text{C}^{+4} $

Решение

Чтобы определить окислитель в химической реакции, необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов в ходе реакции. Окислитель — это атом, ион или молекула, который принимает электроны, в результате чего его степень окисления понижается. Процесс принятия электронов называется восстановлением.

Рассмотрим данную схему реакции и расставим степени окисления для каждого элемента в реагентах и продуктах:

$ \stackrel{+2}{C}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+3}{Fe}_2\stackrel{-2}{O}_3 \rightarrow \stackrel{0}{Fe} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O}_2 $

Проанализируем изменения степеней окисления:

1. Углерод ($C$) меняет степень окисления с +2 в оксиде углерода(II) ($CO$) на +4 в оксиде углерода(IV) ($CO_2$).
$C^{+2} \rightarrow C^{+4} + 2e^{-}$
Степень окисления углерода увеличилась, это означает, что он отдал электроны, то есть окислился. Вещество, содержащее элемент, который окисляется ($CO$), является восстановителем.

2. Железо ($Fe$) меняет степень окисления с +3 в оксиде железа(III) ($Fe_2O_3$) на 0 в простом веществе ($Fe$).
$Fe^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Fe^{0}$
Степень окисления железа уменьшилась, это означает, что оно приняло электроны, то есть восстановилось. Элемент, который восстанавливается ($Fe^{+3}$), является окислителем.

Степень окисления кислорода (-2) в ходе реакции не изменилась.

Таким образом, в данной реакции окислителем является железо в степени окисления +3 ($Fe^{+3}$), которое входит в состав оксида железа(III).

Ответ: 2) $Fe^{+3}$

9. Выберите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

1) $2Al(OH)_3 = Al_2O_3 + 3H_2O$

2) $H_2 + Cl_2 = 2HCl$

3) $NaOH + HNO_3 = NaNO_3 + H_2O$

4) $K_2O + H_2O = 2KOH$

Решение

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется химическая реакция, в которой происходит изменение степеней окисления атомов одного или нескольких элементов. Для определения, является ли реакция окислительно-восстановительной, необходимо определить степени окисления всех атомов в реагентах (левая часть уравнения) и продуктах (правая часть уравнения) и сравнить их.

1) $2Al(OH)_3 = Al_2O_3 + 3H_2O$

Рассмотрим степени окисления элементов. В левой части уравнения, в гидроксиде алюминия $Al(OH)_3$, алюминий ($Al$) имеет степень окисления $+3$, кислород ($O$) – $-2$, водород ($H$) – $+1$. В правой части уравнения, в оксиде алюминия $Al_2O_3$ алюминий ($Al$) имеет степень окисления $+3$, а кислород ($O$) – $-2$; в воде $H_2O$ водород ($H$) имеет степень окисления $+1$, а кислород ($O$) – $-2$. Степени окисления всех элементов не изменяются. Следовательно, эта реакция не является окислительно-восстановительной.

2) $H_2 + Cl_2 = 2HCl$

Рассмотрим степени окисления элементов. В левой части уравнения находятся простые вещества: молекулярный водород $H_2$ и молекулярный хлор $Cl_2$. Степень окисления атомов в простых веществах всегда равна нулю, поэтому $H^0$ и $Cl^0$. В правой части уравнения находится хлороводород $HCl$. В этом соединении водород ($H$) проявляет степень окисления $+1$, а хлор ($Cl$) – $-1$. Таким образом, водород повысил свою степень окисления с $0$ до $+1$ (окислился), а хлор понизил свою степень окисления с $0$ до $-1$ (восстановился). Так как произошло изменение степеней окисления, эта реакция является окислительно-восстановительной.

3) $NaOH + HNO_3 = NaNO_3 + H_2O$

Рассмотрим степени окисления элементов. В левой части: в $NaOH$ ($Na^{+1}$, $O^{-2}$, $H^{+1}$) и в $HNO_3$ ($H^{+1}$, $N^{+5}$, $O^{-2}$). В правой части: в $NaNO_3$ ($Na^{+1}$, $N^{+5}$, $O^{-2}$) и в $H_2O$ ($H^{+1}$, $O^{-2}$). Степени окисления всех элементов ($Na$, $O$, $H$, $N$) остаются неизменными. Это реакция ионного обмена (нейтрализация), она не является окислительно-восстановительной.

4) $K_2O + H_2O = 2KOH$

Рассмотрим степени окисления элементов. В левой части: в оксиде калия $K_2O$ ($K^{+1}$, $O^{-2}$) и в воде $H_2O$ ($H^{+1}$, $O^{-2}$). В правой части: в гидроксиде калия $KOH$ ($K^{+1}$, $O^{-2}$, $H^{+1}$). Степени окисления всех элементов ($K$, $O$, $H$) не изменились. Это реакция соединения, но она не является окислительно-восстановительной.

Из всех представленных уравнений только во втором происходит изменение степеней окисления элементов.

Ответ: 2

10. Определите коэффициент перед формулой восстановителя в окислительно-восстановительной реакции, схема которой

$Ag + HNO_3 \to AgNO_3 + NO + H_2O$

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Для решения этой задачи необходимо составить электронный баланс для данной окислительно-восстановительной реакции и расставить коэффициенты.

Решение

Схема реакции: $Ag + HNO_3 \rightarrow AgNO_3 + NO + H_2O$

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

• Серебро ($Ag$) в левой части уравнения является простым веществом, его степень окисления равна 0 ($Ag^0$). В правой части в составе нитрата серебра ($AgNO_3$) степень окисления серебра равна +1 ($Ag^{+1}$).
• Азот ($N$) в азотной кислоте ($HNO_3$) имеет степень окисления +5 ($N^{+5}$). В продуктах реакции азот присутствует в двух соединениях: в нитрате серебра ($AgNO_3$), где его степень окисления также +5, и в оксиде азота(II) ($NO$), где его степень окисления равна +2 ($N^{+2}$).

2. Определим процессы окисления и восстановления, а также окислитель и восстановитель:

• $Ag^0 \rightarrow Ag^{+1}$: Атом серебра отдает один электрон, его степень окисления повышается. Это процесс окисления. Вещество, которое окисляется, является восстановителем. Следовательно, $Ag$ – восстановитель.
• $N^{+5} \rightarrow N^{+2}$: Атом азота принимает три электрона, его степень окисления понижается. Это процесс восстановления. Вещество, содержащее атом, который восстанавливается, является окислителем. Следовательно, $HNO_3$ – окислитель.

3. Составим уравнения полуреакций (электронный баланс):

$Ag^0 - 1e^- \rightarrow Ag^{+1}$ | 3 (процесс окисления)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 1 (процесс восстановления)

Число отданных и принятых электронов должно быть одинаковым. Наименьшее общее кратное для 1 и 3 равно 3. Поэтому первую полуреакцию умножаем на 3, а вторую на 1. Эти числа и будут коэффициентами перед соответствующими веществами.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

Коэффициент 3 ставим перед формулой восстановителя ($Ag$) и перед продуктом его окисления ($AgNO_3$).

$3Ag + HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов азота. В правой части уравнения 3 атома азота в $3AgNO_3$ и 1 атом в $NO$, всего $3+1=4$ атома. Следовательно, в левой части перед $HNO_3$ нужно поставить коэффициент 4.

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + H_2O$

Далее уравняем атомы водорода. В левой части 4 атома водорода в $4HNO_3$. Чтобы в правой части было также 4 атома водорода, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$

Проверим баланс по кислороду: слева $4 \cdot 3 = 12$ атомов, справа $3 \cdot 3 + 1 + 2 \cdot 1 = 9 + 1 + 2 = 12$ атомов. Баланс соблюден.

Итоговое уравнение реакции:

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$

Восстановителем в данной реакции является серебро ($Ag$). Коэффициент перед его формулой равен 3.

Ответ: 3

11. Выберите верные утверждения об окислительно-восстановительных реакциях:

1) это реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов

2) восстановлением называется процесс отдачи электронов

3) в этих реакциях участвуют только сложные вещества

4) к ним относятся и реакции обмена

5) к ним относятся реакции замещения

1) это реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов

Данное утверждение является точным определением окислительно-восстановительной реакции (ОВР). Суть ОВР заключается в переходе электронов от одних атомов, ионов или молекул (восстановителей) к другим (окислителям), что всегда сопровождается изменением их степеней окисления. Например, в реакции горения угля $C^0 + O_2^0 \rightarrow C^{+4}O_2^{-2}$ углерод изменяет степень окисления с 0 до +4, а кислород — с 0 до -2. Следовательно, утверждение верно.

Ответ: верно.

2) восстановлением называется процесс отдачи электронов

Данное утверждение неверно. Процесс отдачи электронов, который приводит к повышению степени окисления, называется окислением. Например, $Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^{+1}$. Процесс же восстановления — это присоединение электронов, которое приводит к понижению степени окисления. Например, $Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^{-1}$.

Ответ: неверно.

3) в этих реакциях участвуют только сложные вещества

Данное утверждение неверно. В окислительно-восстановительных реакциях могут участвовать как простые, так и сложные вещества. Существует множество примеров, где реагентами являются простые вещества (например, реакция синтеза аммиака из азота и водорода: $N_2^0 + 3H_2^0 \rightarrow 2N^{-3}H_3^{+1}$) или простое и сложное вещество (например, взаимодействие цинка с серной кислотой: $Zn^0 + H_2^{+1}SO_4 \rightarrow Zn^{+2}SO_4 + H_2^0$).

Ответ: неверно.

4) к ним относятся реакции обмена

Данное утверждение в общем случае неверно. Классические реакции ионного обмена (нейтрализация, осаждение, выделение газа) протекают без изменения степеней окисления элементов. Например, в реакции обмена между нитратом серебра и хлоридом натрия $Ag^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + Na^{+1}Cl^{-1} \rightarrow Ag^{+1}Cl^{-1} \downarrow + Na^{+1}N^{+5}O_3^{-2}$ степени окисления всех атомов остаются прежними. Поэтому реакции обмена, как правило, не являются ОВР.

Ответ: неверно.

5) к ним относятся реакции замещения

Данное утверждение верно. Все реакции замещения, в которых участвует простое вещество, являются окислительно-восстановительными. Это связано с тем, что простое вещество имеет нулевую степень окисления, а в составе продукта реакции его степень окисления будет отлична от нуля. Например, в реакции вытеснения меди железом из раствора сульфата меди: $Fe^0 + Cu^{+2}SO_4 \rightarrow Fe^{+2}SO_4 + Cu^0$. Степень окисления железа меняется с 0 до +2 (окисление), а меди — с +2 до 0 (восстановление).

Ответ: верно.

12. Установите соответствие между формулой вещества и функцией этого вещества в окислительно-восстановительной реакции.

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА

ФУНКЦИЯ В ОВР

А) $FeO$

Б) $Cu$

В) $SO_3$

Г) $CuO$

1) только окислитель

2) только восстановитель

3) и окислитель, и восстановитель

Для установления соответствия необходимо проанализировать степени окисления ключевых элементов в каждом веществе и определить, могут ли они повышаться, понижаться или и то, и другое в ходе окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Окислитель – это атом, молекула или ион, принимающий электроны. При этом его степень окисления понижается. Как правило, окислительные свойства проявляют вещества, содержащие элементы в высшей степени окисления.

Восстановитель – это атом, молекула или ион, отдающий электроны. При этом его степень окисления повышается. Как правило, восстановительные свойства проявляют вещества, содержащие элементы в низшей степени окисления.

Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может проявлять как окислительные (понижая степень окисления), так и восстановительные (повышая степень окисления) свойства.

А) FeO

В оксиде железа(II) $FeO$ железо ($Fe$) имеет степень окисления $+2$. Наиболее характерные степени окисления для железа – $0, +2, +3$. Степень окисления $+2$ является промежуточной.
Это означает, что железо может как отдавать электрон и окисляться до $Fe^{+3}$ (проявляя свойства восстановителя), так и принимать электроны и восстанавливаться до $Fe^0$ (проявляя свойства окислителя).
Пример реакции, где $FeO$ – восстановитель: $4Fe^{+2}O + O_2 \rightarrow 2Fe_2^{+3}O_3$.
Пример реакции, где $FeO$ – окислитель: $Fe^{+2}O + C \rightarrow Fe^0 + CO$.
Следовательно, $FeO$ может быть и окислителем, и восстановителем.

Ответ: 3

Б) Cu

Медь ($Cu$) – это простое вещество. Степень окисления любого простого вещества равна $0$. Это низшая степень окисления для меди.
Поэтому атом меди может только повышать свою степень окисления (например, до $+1$ или $+2$), отдавая электроны. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем.
Пример: $Cu^0 + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow Cu^{+2}SO_4 + SO_2 + 2H_2O$.
Следовательно, медь может быть только восстановителем.

Ответ: 2

В) SO₃

В оксиде серы(VI) $SO_3$ степень окисления кислорода равна $-2$. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю, поэтому степень окисления серы ($S$) составляет $+6$.
Сера находится в 16-й (VIa) группе периодической таблицы, для нее степень окисления $+6$ является высшей.
Находясь в высшей степени окисления, атом серы может только принимать электроны, то есть понижать свою степень окисления. Вещество, принимающее электроны, является окислителем.
Пример: $SO_3 + 2HBr \rightarrow SO_2 + Br_2 + H_2O$ (сера $S^{+6}$ восстанавливается до $S^{+4}$).
Следовательно, $SO_3$ может быть только окислителем.

Ответ: 1

Г) CuO

В оксиде меди(II) $CuO$ степень окисления кислорода равна $-2$, а меди ($Cu$) – $+2$.
Наиболее характерные степени окисления для меди – $0, +1, +2$. Степень окисления $+2$ является высшей устойчивой степенью окисления.
Поэтому в типичных ОВР медь может только принимать электроны, понижая свою степень окисления (до $+1$ или $0$). Вещество, принимающее электроны, является окислителем.
Пример: $Cu^{+2}O + H_2 \rightarrow Cu^0 + H_2O$.
Следовательно, $CuO$ может быть только окислителем.

Ответ: 1