Тема 4. Методика решения заданий с1.

Все задания С1 можно условно разделить на 2 группы:

1) в левой и правой части схемы пропущены вещества, не включающие атомы окислителя и восстановителя. В этих заданиях нужно определить побочные продукты и/или вещества, определяющие среду реакции;

2) в левой или правой части схемы пропущены вещества, содержащие атомы окислителя или восстановителя. Здесь нужно определить формулу окислителя или восстановителя, или формулу основного продукта, содержащего атомы окислителя или восстановителя. В дальнейшем мы будем условно называть эти вещества ключевыми.

Рассмотрим несколько примеров и алгоритм их решения.

ПРИМЕР 1. (указаны все ключевые вещества)

K₂S + H₂O + KBrO₄ S + KBr + …

1. Определим степени окисления элементов, чтобы понять, все ли ключевые вещества указаны в схеме:

K₂S ^{– 2} + H₂O + KBr⁺⁷O₄ S⁰ + KBr ^{– 1} + …

Степень окисления поменяли сера и бром. Значит, указаны все ключевые вещества.

2. Составим электронный баланс и начнем уравнивать схему:

S ^{– 2} – 2 е S⁰ 4

Br⁺⁷ +8е  Br ^{– 1} 1

4K₂S ^{– 2} + H₂O +1 KBr⁺⁷O₄  4S⁰ +1 KBr ^{– 1} + …

3. Как видно, в левой части 8 «лишних» атомов калия, следовательно, в правую часть нужно внести КОН

4K₂S ^{– 2} + H₂O +1 KBr⁺⁷O₄  4S⁰ +1 KBr ^{– 1} + 8КОН

4. Теперь уравняем водород:

4K₂S ^{– 2} + 4H₂O +1 KBr⁺⁷O₄  4S⁰ +1 KBr ^{– 1} + 8КОН

5. Сделаем проверку по кислороду. Кислорода слева и справа по 8.

Окончательно решение выглядит так:

4K₂S ^{– 2} + 4H₂O + KBr⁺⁷O₄  4S⁰ +KBr ^{– 1} + 8КОН

S ^{– 2} – 2 е S⁰ 4

Br⁺⁷ +8е  Br ^{– 1} 1

K₂S – восстановитель за счет S ^{– 2}

KBr⁺⁷O₄ – окислитель за счет Br ⁺⁷

ПРИМЕР 2. (пропущено ключевое вещество справа)

FeSO₄ + KClO₃ + …  K₂FeO₄ + … + K₂SO₄ + …

1. Определим степени окисления элементов, чтобы понять, все ли ключевые вещества указаны в схеме:

Fe⁺²SO₄ + KCl⁺⁵O₃ + …  K₂Fe⁺⁶O₄ + … + K₂SO₄ + …

Степень окисления поменяло железо. Сера, калий и кислород не поменяли степень окисления, хлор в правой части схемы отсутствует. Следовательно, второй элемент, поменявший степень окисления – хлор.

2. Определим роль железа в этой реакции: Fe⁺²– 4 е  Fe⁺⁶ – восстановитель, значит хлор будет окислителем, то есть будет принимать электроны и понижать степень окисления.

3. Определим, во что превратится KCl⁺⁵O_3, используя материалы занятия 3. Кислородные соединения галогенов восстанавливаются до галогенидов. Значит, продуктом восстановления хлората калия будет хлорид калия.

4 . Составим баланс и начнем уравнивать схему, предварительно внеся продукт:

Fe⁺²– 4 е  Fe⁺⁶ 3

Cl⁺⁵ +6е  Cl ^{– 1} 2

3Fe⁺²SO₄ + 2KCl⁺⁵O₃ + …  3K₂Fe⁺⁶O₄ + 2KCl + K₂SO₄ + …

5. Уравняем серу:

3Fe⁺²SO₄ + 2KCl⁺⁵O₃ + …  3K₂Fe⁺⁶O₄ + 2KCl + 3K₂SO₄ + …

6. Теперь мы видим, что калия справа 14 атомов, а слева только 2. Это говорит о том, что в левую часть схемы нужно внести KOH. Внесем и уравняем калий:

3Fe⁺²SO₄ + 2KCl⁺⁵O₃ + 12KOH  3K₂Fe⁺⁶O₄ + 2KCl + 3K₂SO₄ + …

7. В левой части теперь 12 атомов водорода, а в правой вообще нет, значит, побочным продуктом будет вода, внесем ее формулу в правую часть схемы и уравняем:

3Fe⁺²SO₄ + 2KCl⁺⁵O₃ + 12KOH  3K₂Fe⁺⁶O₄ + 2KCl + 3K₂SO₄ + 6H₂O

8. Осуществим проверку по кислороду: по 30 атомов слева и справа.

Окончательно решение выглядит так:

3Fe⁺²SO₄ + 2KCl⁺⁵O₃ + 12KOH  3K₂Fe⁺⁶O₄ + 2KCl + 3K₂SO₄ + 6H₂O

F e⁺²– 4 е  Fe⁺⁶ 3

Cl⁺⁵ +6е  Cl ^{– 1} 2

FeSO₄ – восстановитель за счет Fe⁺²

KClO₃ – окислитель за счет Cl⁺⁵

ПРИМЕР 3. (пропущено ключевое вещество слева)

… + KMnO₄ N₂ + MnO₂ + KOH + …

1. Определим степени окисления элементов, чтобы понять, все ли ключевые вещества указаны в схеме:

… + KMn⁺⁷O₄ N₂⁰ + Mn⁺⁴O₂ + KOH + …

Степень окисления поменял марганец. Калий и кислород не поменяли степень окисления, в левой части схемы отсутствуют азот и водород. Скорее всего, второй элемент, поменявший степень окисления – азот.

2. Определим роль марганца в этой реакции: Mn⁺⁷+ 3 е  Mn⁺⁴ – окислитель, значит азот будет восстановителем, то есть будет отдавать электроны и повышать степень окисления.

3. Степень окисления азота была ниже 0, а, так как в левой части уравнения нет ещё и водорода, логично предположить, что это водородное соединение азота. Это может быть аммиак или гидразин.

Для начала рассмотрим решение с аммиаком.

4. Составим баланс и начнем уравнивать схему, предварительно внеся аммиак в левую часть схемы:

2N ^{– 3} – 6 е  N₂⁰ 1

Mn⁺⁷+ 3 е  Mn⁺⁴ 2

2NH₃ + 2KMn⁺⁷O₄  1N₂⁰ + 2Mn⁺⁴O₂ + KOH + …

5. Уравняем калий:

2NH₃ + 2KMn⁺⁷O₄  1N₂⁰ + 2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH + …

6. Теперь мы видим, что слева 6 атомов водорода, а справа только 2, слева 8 атомов кислорода, а справа 6, следовательно, побочным продуктом является вода:

2NH₃ + 2KMn⁺⁷O₄  1N₂⁰ + 2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH + 2H₂O

Окончательно решение выглядит так:

2NH₃ + 2KMn⁺⁷O₄  N₂⁰ + 2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH + 2H₂O

2 N ^{– 3} – 6 е  N₂⁰ 1

Mn⁺⁷+ 3 е  Mn⁺⁴ 2

NH₃ – восстановитель за счет N ^{– 3}

KMnO₄ – окислитель за счет Mn⁺⁷

Второй вариант – с участием гидразина:

N₂ ^{– 2} H₄ + KMn⁺⁷O₄  N₂⁰ + Mn⁺⁴O₂ + KOH + H₂O

2 N ^{– 2} – 4 е  N₂⁰ 3

Mn⁺⁷+ 3 е  Mn⁺⁴ 4

3N₂ ^{– 2} H₄ + 4KMn⁺⁷O₄  3N₂⁰ + 4Mn⁺⁴O₂ + 4KOH + 4H₂O

N₂H₄ – восстановитель за счет N ^{– 2}

KMnO₄ – окислитель за счет Mn⁺⁷

ПРИМЕР 4. (пропущены ключевые вещества слева и справа)

KNO₂ +… + H₂O  MnO₂ + KOH + …

1. Определим степени окисления элементов, чтобы понять, все ли ключевые вещества указаны в схеме:

KN⁺³O₂ +… + H₂O  Mn⁺⁴O₂ + KOH + …

Калий, водород и кислород не поменяли степень окисления, в левой части схемы отсутствует марганец, в правой – азот. Эти элементы и поменяли степень окисления.

2. Определим роль марганца в этой реакции: скорее всего марганец в этой реакции выполняет роль окислителя, в нейтральной среде соединения марганца +7 и +6, выступая окислителями, превращаются в MnO₂ . Выберем в качестве окислителя KMnO₄. Тогда нитрит будет восстановителем, окислится до нитрата.

3. Запишем схему реакции с выбранными веществами и составим электронный баланс:

K N⁺³O₂ + KMn⁺⁷O₄ + H₂O  Mn⁺⁴O₂ + KOH + KN⁺⁵O₃

N ^{+ 3} – 2 е  N⁺⁵ 3

Mn⁺⁷+ 3 е  Mn⁺⁴ 2

4. Уравняем схему:

3KN⁺³O₂ + 2KMn⁺⁷O₄ + H₂O  2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH + 3KN⁺⁵O₃

KNO₂ – восстановитель за счет N ^{+ 3}

KMnO₄ – окислитель за счет Mn⁺⁷

При составлении этого уравнения можно было использовать в качестве окислителя манганат.