Страница 84 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Определите степени окисления всех элементов по формулам веществ: $HBr$, $K_2O$, $Na_2S$, $FeCl_3$, $P_2O_5$, $Ca_3P_2$, $F_2$, $CO_2$, $SO_3$, $SF_6$.

Решение

Для определения степеней окисления элементов в химических соединениях будем использовать ряд правил. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи в соединении являются ионными.

• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле всегда равна нулю.
• Степень окисления любого элемента в простом веществе (например, $F_2$, $Na$, $P_4$) равна нулю.
• Степень окисления фтора (F), как самого электроотрицательного элемента, в соединениях всегда равна -1.
• Степень окисления щелочных металлов (Li, Na, K и др.) в соединениях всегда равна +1.
• Степень окисления щелочноземельных металлов (Be, Mg, Ca и др.) в соединениях всегда равна +2.
• Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами равна +1, а в соединениях с металлами (гидридах) — -1.
• Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений равна -2 (исключения: пероксиды, надпероксиды, озониды и соединения с фтором).

Определим степени окисления для каждого вещества.

HBr

В бромоводороде водород (H) имеет степень окисления +1. Молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов равна 0. Обозначим степень окисления брома (Br) как $x$.

$1 \cdot (+1) + 1 \cdot x = 0$

$+1 + x = 0$

$x = -1$

Таким образом, в $HBr$ степени окисления: $H^{+1}Br^{-1}$.

Ответ: H: +1, Br: -1.

K₂O

Калий (K) — щелочной металл (I группа), его степень окисления в соединениях +1. Кислород (O) в оксидах обычно имеет степень окисления -2. Проверим, равна ли сумма степеней окисления нулю:

$2 \cdot (+1) + 1 \cdot (-2) = 2 - 2 = 0$

Таким образом, в $K_2O$ степени окисления: $K_2^{+1}O^{-2}$.

Ответ: K: +1, O: -2.

Na₂S

Натрий (Na) — щелочной металл, его степень окисления +1. Обозначим степень окисления серы (S) как $x$.

$2 \cdot (+1) + 1 \cdot x = 0$

$+2 + x = 0$

$x = -2$

Таким образом, в $Na_2S$ степени окисления: $Na_2^{+1}S^{-2}$.

Ответ: Na: +1, S: -2.

FeCl₃

Хлор (Cl) в хлоридах металлов имеет степень окисления -1. Обозначим степень окисления железа (Fe) как $x$.

$1 \cdot x + 3 \cdot (-1) = 0$

$x - 3 = 0$

$x = +3$

Таким образом, в $FeCl_3$ степени окисления: $Fe^{+3}Cl_3^{-1}$.

Ответ: Fe: +3, Cl: -1.

P₂O₅

Кислород (O) в оксидах имеет степень окисления -2. Обозначим степень окисления фосфора (P) как $x$.

$2 \cdot x + 5 \cdot (-2) = 0$

$2x - 10 = 0$

$2x = 10$

$x = +5$

Таким образом, в $P_2O_5$ степени окисления: $P_2^{+5}O_5^{-2}$.

Ответ: P: +5, O: -2.

Ca₃P₂

Кальций (Ca) — щелочноземельный металл (II группа), его степень окисления +2. Обозначим степень окисления фосфора (P) как $x$.

$3 \cdot (+2) + 2 \cdot x = 0$

$+6 + 2x = 0$

$2x = -6$

$x = -3$

Таким образом, в $Ca_3P_2$ степени окисления: $Ca_3^{+2}P_2^{-3}$.

Ответ: Ca: +2, P: -3.

F₂

Фтор ($F_2$) — это простое вещество, состоящее из атомов одного элемента. Степень окисления элементов в простых веществах равна нулю.

Таким образом, в $F_2$ степень окисления: $F_2^{0}$.

Ответ: F: 0.

CO₂

Кислород (O) имеет степень окисления -2. Обозначим степень окисления углерода (C) как $x$.

$1 \cdot x + 2 \cdot (-2) = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Таким образом, в $CO_2$ степени окисления: $C^{+4}O_2^{-2}$.

Ответ: C: +4, O: -2.

SO₃

Кислород (O) имеет степень окисления -2. Обозначим степень окисления серы (S) как $x$.

$1 \cdot x + 3 \cdot (-2) = 0$

$x - 6 = 0$

$x = +6$

Таким образом, в $SO_3$ степени окисления: $S^{+6}O_3^{-2}$.

Ответ: S: +6, O: -2.

SF₆

Фтор (F) в соединениях всегда имеет степень окисления -1. Обозначим степень окисления серы (S) как $x$.

$1 \cdot x + 6 \cdot (-1) = 0$

$x - 6 = 0$

$x = +6$

Таким образом, в $SF_6$ степени окисления: $S^{+6}F_6^{-1}$.

Ответ: S: +6, F: -1.

5. Ниже приведены уравнения реакций с участием соляной кислоты:

a) $NaOH + HCl = NaCl + H_2O$

б) $Fe + 2HCl = FeCl_2 + H_2\uparrow$

в) $CuO + 2HCl = CuCl_2 + H_2O$

г) $MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$

Какие из этих реакций относятся к окислительно-восстановительным?

Решение

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называются реакции, в ходе которых изменяются степени окисления атомов каких-либо химических элементов, входящих в состав реагентов. Чтобы определить, какие из предложенных реакций являются ОВР, необходимо расставить степени окисления для всех элементов в реагентах и продуктах.

а) $Na\overset{+1}{O}\overset{-2}{H}\overset{+1}{} + H\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} = Na\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} + H_2\overset{+1}{O}\overset{-2}{}$

В данной реакции степени окисления всех элементов остаются неизменными: натрий (Na) имеет степень окисления +1 и до, и после реакции; кислород (O) – -2; водород (H) – +1; хлор (Cl) – -1. Это реакция нейтрализации, которая относится к реакциям ионного обмена и не является окислительно-восстановительной.

Ответ: не является ОВР.

б) $\overset{0}{Fe} + 2H\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} = \overset{+2}{Fe}\overset{-1}{Cl_2} + \overset{0}{H_2}↑$

В этой реакции происходит изменение степеней окисления железа и водорода. Железо (Fe) как простое вещество имеет степень окисления 0, а в продукте $FeCl_2$ его степень окисления +2. Водород (H) в соляной кислоте имеет степень окисления +1, а в продукте $H_2$ (простое вещество) – 0.

Процесс окисления: $Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$ (железо – восстановитель).

Процесс восстановления: $2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ (ионы водорода – окислитель).

Так как степени окисления изменились, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: является ОВР.

в) $Cu\overset{+2}{O}\overset{-2}{} + 2H\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} = Cu\overset{+2}{Cl_2}\overset{-1}{} + H_2\overset{+1}{O}\overset{-2}{}$

В данной реакции степени окисления всех элементов остаются без изменений: медь (Cu) имеет степень окисления +2; кислород (O) – -2; водород (H) – +1; хлор (Cl) – -1. Это реакция между основным оксидом и кислотой, которая является реакцией ионного обмена и не является окислительно-восстановительной.

Ответ: не является ОВР.

г) $Mn\overset{+4}{O_2}\overset{-2}{} + 4H\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} = Mn\overset{+2}{Cl_2}\overset{-1}{} + \overset{0}{Cl_2}↑ + 2H_2\overset{+1}{O}\overset{-2}{}$

В этой реакции изменяются степени окисления марганца и хлора. Марганец (Mn) в $MnO_2$ имеет степень окисления +4, а в продукте $MnCl_2$ – +2. Хлор (Cl) в $HCl$ имеет степень окисления -1, а в продукте $Cl_2$ (простое вещество) – 0.

Процесс восстановления: $Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ (марганец – окислитель).

Процесс окисления: $2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ (хлор – восстановитель).

Так как степени окисления изменились, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: является ОВР.

Таким образом, к окислительно-восстановительным реакциям относятся реакции б) и г).

6. Из приведённого ниже списка выпишите полуреакции: а) окисления; б) восстановления. Дополните схемы этих полуреакций, указав число электронов:

а) $Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$

б) $Fe^{+2} \rightarrow Fe^{0}$

в) $N^{+5} \rightarrow N^{+2}$

г) $N_2^{0} \rightarrow 2N^{+2}$

д) $O_2^{0} \rightarrow 2O^{-2}$

е) $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

ж) $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+4}$

з) $2N^{-3} \rightarrow N_2^{0}$

и) $N^{-3} \rightarrow N^{+2}$

Дано:

Схемы полуреакций:

a) $Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$

б) $Fe^{+2} \rightarrow Fe^{0}$

в) $N^{+5} \rightarrow N^{+2}$

г) $N_2^{0} \rightarrow 2N^{+2}$

д) $O_2^{0} \rightarrow 2O^{-2}$

е) $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

ж) $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+4}$

з) $2N^{-3} \rightarrow N_2^{0}$

и) $N^{-3} \rightarrow N^{+2}$

Найти:

а) Выписать и дополнить полуреакции окисления.

б) Выписать и дополнить полуреакции восстановления.

Решение:

Окисление — это процесс отдачи электронов, при котором степень окисления элемента повышается. Восстановление — это процесс присоединения электронов, при котором степень окисления элемента понижается. Проанализируем каждую схему и сбалансируем число электронов.

а) окисления

К полуреакциям окисления относятся процессы, в которых степень окисления элемента увеличивается. Это означает, что атом или ион отдает электроны.

а) Степень окисления железа повышается с +2 до +3, атом отдает один электрон.

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$

г) Степень окисления азота повышается с 0 до +2. Молекула азота отдает 4 электрона ($2 \cdot 2=4$).

$N_2^{0} - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$

з) Степень окисления азота повышается с -3 до 0. Два иона азота отдают 6 электронов ($2 \cdot 3=6$).

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^{0}$

и) Степень окисления азота повышается с -3 до +2, ион отдает пять электронов.

$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$

Ответ:

а) $Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$

г) $N_2^{0} - 4e^- \rightarrow 2N^{+2}$

з) $2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^{0}$

и) $N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$

б) восстановления

К полуреакциям восстановления относятся процессы, в которых степень окисления элемента уменьшается. Это означает, что атом или ион принимает электроны.

б) Степень окисления железа понижается с +2 до 0, ион принимает два электрона.

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^{0}$

в) Степень окисления азота понижается с +5 до +2, ион принимает три электрона.

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$

д) Степень окисления кислорода понижается с 0 до -2. Молекула кислорода принимает 4 электрона ($2 \cdot 2=4$).

$O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$

е) Степень окисления марганца понижается с +7 до +2, ион принимает пять электронов.

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$

ж) Степень окисления марганца понижается с +7 до +4, ион принимает три электрона.

$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$

Ответ:

б) $Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^{0}$

в) $N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$

д) $O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$

е) $Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$

ж) $Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$

7. Определите окислители и восстановители в следующих реакциях:

а) $N_2 + O_2 = 2NO;$

б) $3Mg + N_2 = Mg_3N_2;$

в) $Cl_2 + 2KBr = 2KCl + Br_2;$

г) $Fe + CuSO_4 = FeSO_4 + Cu;$

д) $2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2 \uparrow;$

е) $2Pb(NO_3)_2 = 2PbO + 4NO_2 + O_2;$

ж) $Fe + H_2SO_4 = FeSO_4 + H_2 \uparrow;$

з) $5Cl_2 + 2P = 2PCl_5.$

В каких реакциях: а) все элементы изменяют степень окисления; б) есть элементы, которые не изменяют степень окисления?

Для определения окислителя и восстановителя в каждой реакции необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов.

• Окислитель — это атом, ион или молекула, принимающие электроны. В ходе реакции степень окисления окислителя понижается.
• Восстановитель — это атом, ион или молекула, отдающие электроны. В ходе реакции степень окисления восстановителя повышается.

а) $N_2 + O_2 = 2NO$

Расставим степени окисления: $N_2^0 + O_2^0 = 2N^{+2}O^{-2}$.

Азот ($N$) изменил степень окисления с 0 до +2, то есть отдал электроны. Следовательно, азот $N_2$ является восстановителем.

$N^0 - 2e^- \rightarrow N^{+2}$ (окисление)

Кислород ($O$) изменил степень окисления с 0 до -2, то есть принял электроны. Следовательно, кислород $O_2$ является окислителем.

$O^0 + 2e^- \rightarrow O^{-2}$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $O_2$, восстановитель – $N_2$.

б) $3Mg + N_2 = Mg_3N_2$

Расставим степени окисления: $3Mg^0 + N_2^0 = Mg_3^{+2}N_2^{-3}$.

Магний ($Mg$) изменил степень окисления с 0 до +2, отдав электроны. Следовательно, магний $Mg$ является восстановителем.

$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ (окисление)

Азот ($N$) изменил степень окисления с 0 до -3, приняв электроны. Следовательно, азот $N_2$ является окислителем.

$N^0 + 3e^- \rightarrow N^{-3}$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $N_2$, восстановитель – $Mg$.

в) $Cl_2 + 2KBr = 2KCl + Br_2$

Расставим степени окисления: $Cl_2^0 + 2K^{+1}Br^{-1} = 2K^{+1}Cl^{-1} + Br_2^0$.

Бром ($Br$) в составе бромида калия изменил степень окисления с -1 до 0, отдав электроны. Следовательно, бромид калия $KBr$ является восстановителем.

$2Br^{-1} - 2e^- \rightarrow Br_2^0$ (окисление)

Хлор ($Cl$) изменил степень окисления с 0 до -1, приняв электроны. Следовательно, хлор $Cl_2$ является окислителем.

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $Cl_2$, восстановитель – $KBr$.

г) $Fe + CuSO_4 = FeSO_4 + Cu$

Расставим степени окисления: $Fe^0 + Cu^{+2}S^{+6}O_4^{-2} = Fe^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + Cu^0$.

Железо ($Fe$) изменило степень окисления с 0 до +2, отдав электроны. Следовательно, железо $Fe$ является восстановителем.

$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$ (окисление)

Медь ($Cu$) в составе сульфата меди(II) изменила степень окисления с +2 до 0, приняв электроны. Следовательно, сульфат меди(II) $CuSO_4$ является окислителем.

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $CuSO_4$, восстановитель – $Fe$.

д) $2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2 \uparrow$

Расставим степени окисления: $2Na^0 + 2H_2^{+1}O^{-2} = 2Na^{+1}O^{-2}H^{+1} + H_2^0$.

Натрий ($Na$) изменил степень окисления с 0 до +1, отдав электроны. Следовательно, натрий $Na$ является восстановителем.

$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^{+1}$ (окисление)

Водород ($H$) в составе воды изменил степень окисления с +1 до 0, приняв электроны. Следовательно, вода $H_2O$ является окислителем.

$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $H_2O$, восстановитель – $Na$.

е) $2Pb(NO_3)_2 = 2PbO + 4NO_2 + O_2$

Расставим степени окисления: $2Pb^{+2}(N^{+5}O_3^{-2})_2 = 2Pb^{+2}O^{-2} + 4N^{+4}O_2^{-2} + O_2^0$.

Это реакция внутримолекулярного окисления-восстановления.

Кислород ($O$) в составе нитрата свинца(II) изменил степень окисления с -2 до 0, отдав электроны. Следовательно, нитрат свинца(II) $Pb(NO_3)_2$ является восстановителем (за счет $O^{-2}$).

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ (окисление)

Азот ($N$) в составе нитрата свинца(II) изменил степень окисления с +5 до +4, приняв электроны. Следовательно, нитрат свинца(II) $Pb(NO_3)_2$ является окислителем (за счет $N^{+5}$).

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ (восстановление)

Ответ: окислителем и восстановителем является одно и то же вещество – $Pb(NO_3)_2$.

ж) $Fe + H_2SO_4 = FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Расставим степени окисления: $Fe^0 + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} = Fe^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + H_2^0$.

Железо ($Fe$) изменило степень окисления с 0 до +2, отдав электроны. Следовательно, железо $Fe$ является восстановителем.

$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$ (окисление)

Водород ($H$) в составе серной кислоты изменил степень окисления с +1 до 0, приняв электроны. Следовательно, серная кислота $H_2SO_4$ является окислителем.

$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $H_2SO_4$, восстановитель – $Fe$.

з) $5Cl_2 + 2P = 2PCl_5$

Расставим степени окисления: $5Cl_2^0 + 2P^0 = 2P^{+5}Cl_5^{-1}$.

Фосфор ($P$) изменил степень окисления с 0 до +5, отдав электроны. Следовательно, фосфор $P$ является восстановителем.

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$ (окисление)

Хлор ($Cl$) изменил степень окисления с 0 до -1, приняв электроны. Следовательно, хлор $Cl_2$ является окислителем.

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

Ответ: окислитель – $Cl_2$, восстановитель – $P$.

В каких реакциях: а) все элементы изменяют степень окисления;

Все элементы изменяют свою степень окисления в реакциях, где простые вещества реагируют между собой с образованием одного сложного вещества.

Ответ: а), б), з).

В каких реакциях: б) есть элементы, которые не изменяют степень окисления?

Элементы, не изменяющие степень окисления (ионы-наблюдатели), присутствуют в реакциях замещения, а также в некоторых реакциях разложения.

Ответ: в) (ион $K^+$), г) (ион $SO_4^{2-}$), д) (атом $O$ и часть атомов $H$), е) (атом $Pb$ и часть атомов $O$), ж) (ион $SO_4^{2-}$).

8. Определите окислитель и восстановитель в реакции восстановления оксида меди(II) водородом. Напишите уравнения полуреакций окисления и восстановления.

Сначала запишем уравнение реакции восстановления оксида меди(II) ($CuO$) водородом ($H_2$). При этой реакции образуется металлическая медь ($Cu$) и вода ($H_2O$). Реакция обычно протекает при нагревании.

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

Для того чтобы определить окислитель и восстановитель, необходимо расставить степени окисления химических элементов в каждом веществе до и после реакции.

$ \overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} + \overset{0}{H_2} \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Анализируя изменение степеней окисления, мы видим:

• Атом меди ($Cu$) изменил свою степень окисления с $+2$ до $0$. Степень окисления понизилась, значит, ион меди $Cu^{+2}$ принял два электрона ($+2e^-$). Процесс принятия электронов называется восстановлением. Вещество, в состав которого входит элемент-окислитель, называется окислителем. Следовательно, окислителем является оксид меди(II) ($CuO$).
• Атомы водорода ($H$) изменили свою степень окисления с $0$ до $+1$. Степень окисления повысилась, значит, молекула водорода $H_2$ отдала два электрона ($-2e^-$). Процесс отдачи электронов называется окислением. Вещество, которое отдает электроны, является восстановителем. Следовательно, восстановителем является водород ($H_2$).

Теперь можно написать уравнения полуреакций окисления и восстановления. Они показывают процессы перехода электронов.

Полуреакция восстановления (окислитель принимает электроны):

$ Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 $

Полуреакция окисления (восстановитель отдает электроны):

$ H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} $

Ответ: в данной реакции окислителем является оксид меди(II) ($CuO$), а восстановителем – водород ($H_2$).

Уравнение полуреакции восстановления: $ Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 $.

Уравнение полуреакции окисления: $ H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} $.

9. Определите окислитель и восстановитель в реакции магния с кислородом. Напишите уравнения полуреакций окисления и восстановления.

Дано:

Реакция взаимодействия магния (Mg) с кислородом ($O_2$).

Найти:

Окислитель, восстановитель, уравнения полуреакций окисления и восстановления.

Решение:

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Этот процесс связан с переходом электронов от одних атомов к другим.

1. Сначала запишем уравнение химической реакции горения магния в кислороде. Продуктом этой реакции является оксид магния (MgO).

$$ 2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO $$

2. Далее определим степени окисления каждого элемента в реагентах и продуктах. Магний (Mg) и кислород ($O_2$) в левой части уравнения — это простые вещества, поэтому их степени окисления равны нулю.

$$ 2\overset{0}{Mg} + \overset{0}{O_2} \rightarrow 2\overset{+2}{Mg}\overset{-2}{O} $$

В соединении MgO (оксид магния) кислород, как более электроотрицательный элемент, имеет степень окисления -2. Так как молекула электронейтральна, магний должен иметь степень окисления +2.

3. Проанализируем изменение степеней окисления:

• Атом магния изменил свою степень окисления с 0 до +2 ($Mg^0 \rightarrow Mg^{+2}$). Степень окисления повысилась, значит, магний отдал электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением. Атом или ион, который отдает электроны, является восстановителем.

• Атом кислорода изменил свою степень окисления с 0 до -2 ($O^0 \rightarrow O^{-2}$). Степень окисления понизилась, значит, кислород принял электроны. Процесс принятия электронов называется восстановлением. Атом или ион, который принимает электроны, является окислителем.

4. Напишем уравнения полуреакций окисления и восстановления. Эти уравнения показывают процесс перехода электронов.

Полуреакция окисления (для восстановителя Mg):

Атом магния отдает два электрона и превращается в ион магния.

$$ Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2} $$

Полуреакция восстановления (для окислителя $O_2$):

Молекула кислорода, состоящая из двух атомов, принимает четыре электрона (по два на каждый атом) и превращается в два оксид-иона.

$$ O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} $$

Таким образом, в реакции горения магния он выступает в роли восстановителя, а кислород — в роли окислителя.

Ответ:

Окислитель — кислород ($O_2$).

Восстановитель — магний (Mg).

Уравнение полуреакции окисления: $Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$.

Уравнение полуреакции восстановления: $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$.

10. В каких соединениях в ряду: $H_2S$, $FeS$, $SO_2$, $K_2SO_3$, $H_2SO_4$, $Fe_2(SO_4)_3$ — сера может быть:

а) только окислителем;

б) только восстановителем;

в) окислителем в одних реакциях, восстановителем в других?

Для того чтобы определить, какие окислительно-восстановительные свойства может проявлять сера в указанных соединениях, необходимо сначала определить ее степень окисления в каждом из них.

Окислительно-восстановительные свойства элемента зависят от его степени окисления:

• Если элемент находится в низшей степени окисления, он может только отдавать электроны, то есть быть только восстановителем. Для серы (элемента VIА группы) низшая степень окисления равна -2.
• Если элемент находится в высшей степени окисления, он может только принимать электроны, то есть быть только окислителем. Для серы высшая степень окисления равна +6.
• Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может как отдавать, так и принимать электроны, то есть быть и окислителем, и восстановителем. Для серы это степени окисления 0, +2, +4.

Определим степень окисления серы (S) в каждом соединении из ряда:

• В $H_2S$ (сероводород): степень окисления водорода +1, значит у серы $2 \cdot (+1) + x = 0 \Rightarrow x = -2$. Это низшая степень окисления.
• В $FeS$ (сульфид железа(II)): степень окисления железа +2, значит у серы $x = -2$. Это низшая степень окисления.
• В $SO_2$ (диоксид серы): степень окисления кислорода -2, значит у серы $x + 2 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +4$. Это промежуточная степень окисления.
• В $K_2SO_3$ (сульфит калия): степень окисления калия +1, кислорода -2, значит у серы $2 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +4$. Это промежуточная степень окисления.
• В $H_2SO_4$ (серная кислота): степень окисления водорода +1, кислорода -2, значит у серы $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +6$. Это высшая степень окисления.
• В $Fe_2(SO_4)_3$ (сульфат железа(III)): в сульфат-ионе $SO_4^{2-}$ степень окисления серы равна +6. Это высшая степень окисления.

а) только окислителем

Сера может быть только окислителем в тех соединениях, где она находится в своей высшей степени окисления (+6), так как она может только понижать ее, принимая электроны. В данном ряду это серная кислота и сульфат железа(III).

Ответ: $H_2SO_4$, $Fe_2(SO_4)_3$.

б) только восстановителем

Сера может быть только восстановителем в тех соединениях, где она находится в своей низшей степени окисления (-2), так как она может только повышать ее, отдавая электроны. В данном ряду это сероводород и сульфид железа(II).

Ответ: $H_2S$, $FeS$.

в) окислителем в одних реакциях, восстановителем в других

Сера проявляет двойственные свойства (может быть и окислителем, и восстановителем) в тех соединениях, где она имеет промежуточную степень окисления. В данном ряду это диоксид серы и сульфит калия, где степень окисления серы равна +4. Она может как повыситься до +6 (проявляя свойства восстановителя), так и понизиться до 0 или -2 (проявляя свойства окислителя).

Ответ: $SO_2$, $K_2SO_3$.

*11. Самая распространённая окислительно-восстановительная реакция на Земле — фотосинтез: $6CO_2 + 6H_2O = C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

Какой элемент служит окислителем, а какой — восстановителем в этом процессе?

Решение

Чтобы определить, какой элемент является окислителем, а какой — восстановителем, необходимо проанализировать изменение степеней окисления атомов в ходе химической реакции фотосинтеза.

Запишем уравнение реакции и расставим степени окисления для каждого элемента в реагентах и продуктах:

$6\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} + 6\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{0}{C_6}\overset{+1}{H_{12}}\overset{-2}{O_6} + 6\overset{0}{O_2}$

1. Анализ изменения степеней окисления:

• Углерод (C): В исходном веществе, диоксиде углерода ($CO_2$), углерод имеет степень окисления +4. В продукте, глюкозе ($C_6H_{12}O_6$), степень окисления углерода становится 0. Степень окисления понизилась ($+4 \rightarrow 0$), что означает, что атом углерода принял электроны. Процесс принятия электронов называется восстановлением. Вещество, в котором элемент принимает электроны, является окислителем.

• Кислород (O): В молекуле воды ($H_2O$) кислород имеет степень окисления -2. В продукте, молекулярном кислороде ($O_2$), его степень окисления равна 0. Степень окисления повысилась ($-2 \rightarrow 0$), что означает, что атом кислорода отдал электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением. Вещество, в котором элемент отдает электроны, является восстановителем.

• Водород (H): Степень окисления водорода не изменяется и остается +1 как в воде ($H_2O$), так и в глюкозе ($C_6H_{12}O_6$).

2. Определение окислителя и восстановителя:

• Окислитель — это элемент, который принимает электроны и понижает свою степень окисления. В данной реакции это углерод (C).

  Процесс восстановления: $\overset{+4}{C} + 4e^- \rightarrow \overset{0}{C}$

• Восстановитель — это элемент, который отдает электроны и повышает свою степень окисления. В данной реакции это кислород (O) из молекулы воды.

  Процесс окисления: $2\overset{-2}{O} - 4e^- \rightarrow \overset{0}{O_2}$

Таким образом, в реакции фотосинтеза углерод в составе $CO_2$ является окислителем, а кислород в составе $H_2O$ — восстановителем.

Ответ: окислителем в этом процессе служит элемент углерод (C), а восстановителем — элемент кислород (O).