Статья по теме : Окислительно-восстановительные реакции

            УДК 544

МУХАМЕТЗЯНОВА Р.Г.

Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «ДТК», Россия, г. Димитровград

MUHAMETZYANOVA  R.G.

Regional state budgetary vocational educational institution "DTK", Russia, Dimitrovgrad

"Окислительно-восстановительные реакции"  и "Реакции   ионного  обмена"

"REDOX REACTIONS" AND "REACTIONS ION EXCHANGE"

         Аннотация:  в статье  рассматриваются особенности,   на которые необходимо уделять внимание при выполнении заданий 30 и 31  повышенного уровня  ЕГЭ по химии

         Abstract:   the article discusses the features that need to be paid attention to when performing tasks 30 and 31 high level of the exam in chemistry

        Ключевые слова:   окислитель, восстановитель, степень окисления, электронный баланс

         Keywords:   oxidizer, reducing agent, oxidation state,  electronic balance

            В 2018 году  в ЕГЭ по химии  были введены задания 30 и 31  повышенного уровня -  "Окислительно-восстановительные реакции" и "Реакции  ионного обмена".

         Из пяти предложенных веществ необходимо  выбрать те, с которыми возможна окислительно-восстановительная реакция и реакция ионного обмена. Обычно вещества подобраны таким образом, что можно   иногда записать несколько вариантов реакции, но нужно выбрать и записать только одно уравнение   из возможных вариантов.  Задания 30 и 31  необходимо  рассматривать в комплексе, чтобы определить алгоритм действий.

         Что при этом  нужно уметь:

- определять степень окисления химических элементов;

- определять окислитель и восстановитель;

- прогнозировать продукты реакции с учетом характера среды;

- составлять уравнения реакции и электронного баланса;

- расставлять коэффициенты в уравнении реакции.

         Необходимо  повторить  важнейшие окислители и восстановители  и обязательно связать со степенью окисления элементов.

         Не забывать о двойственности процесса: окисление всегда сопровождается восстановлением.

         Важнейшие  окислители и восстановители:

         Азотная кислота. Чем активнее восстановитель и меньше концентрация кислоты, тем глубже протекает восстановление азота. Необходимо помнить, что азотная кислота окисляет неметаллы до оксидов.

          Серная кислота. Обратная зависимость: чем выше концентрация кислоты, тем глубже протекает процесс восстановления серы. Образуется  либо S,  H2S  или  SO2,  

         Соединения марганца. В задании может встретиться не только KMnO4, но и другие соединения, с менее выраженными свойствами окислителя.

          В кислой среде продуктами реакции чаще всего бывают соли марганца: сульфаты, нитраты, хлориды и т.д.

         В нейтральной — восстановление до оксида марганца IV (бурый осадок).

         В сильной щелочной среде происходит восстановление до манганата калия  (ярко-зеленый раствор).

         Соединения хрома. При взаимодействии веществ с хроматами и бихроматами необходимо  помнить, что хроматы существуют в щелочной среде, а бихроматы — в кислой.

          Кислородсодержащие кислоты галогенов (хлора, брома, йода). Восстановление происходит до отрицательно заряженных ионов хлора и брома, в случае с йодом — обычно до свободного йода, а при действии более сильных восстановителей — до отрицательно заряженного.

         Катионы металлов в высшей степени окисления. Прежде всего, медь и железо, которые восстанавливаются до невысоких степеней окисления. Такие  реакции  проходит с сильными восстановителями,  и их нельзя  путать с обменными реакциями.

         Нужно незабывать и  о свойствах  веществ с окислительно-восстановительной двойственностью: пероксид водорода, азотистая кислота, оксид серы IV, сернистая кислота, сульфиты, нитриты.

         Бескислородные кислоты и их соли, гидриды щелочных и щелочноземельных металлов. Их анионы окисляются до нейтральных атомов или молекул, которые могут быть способны к дальнейшему окислению.

          При выполнении задания можно  использовать различные типы ОВР: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования.

          А вот реакцию разложения использовать нельзя, так как в задании сказано «составить уравнение между реагирующими веществами».

                  Что нужно знать :

-  правило составления реакции;

-  формулы сильных электролитов (сильных кислот, щелочей, растворимых средних солей) записываются в виде ионов, а формулы нерастворимых кислот, оснований, солей, слабых электролитов — в недиссоциированной форме;

- условия протекания;

-  правила записи.

          Если записываем ион, то сначала указываем величину заряда, потом знак. Степень окисления записывается наоборот: сначала знак, потом величина. Важно, что данная реакция протекает не просто в сторону связывания ионов, а наиболее полного связывания ионов. Это важно, потому что некоторые сульфиды, например,  взаимодействуют со слабыми кислотами, а с некоторыми не взаимодействую.

         Рассмотрим   пример выполнения заданий 30 и 31.

         Даны:  перманганат калия, гидрокарбонат калия, сульфит натрия, сульфат бария, гидроксид калия.  Допустимо использование водных растворов веществ.

Задание 30. Если в списке есть перманганат калия, значит, окислитель вы уже нашли.

Сульфиты окисляются до сульфатов, в результате получается сульфат натрия.

Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH = Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O

Составим электронные уравнения:

        Mn⁺⁷ Mn⁺⁶                 2                         (O) 3 + 8+2 →  4+ 8+1

         s⁺⁴       S⁺⁶                        1                                                           

Na₂SO₃   (S⁺⁴     ) - восстановитель.

KMnO₄   (Mn⁺⁶   )   – окислитель.

Задание 31.

         Здесь самый простой вариант — реакция гидрокарбоната калия со щелочью с образованием  карбоната калия и воды. Главное — записать формулу именно гидрокарбоната.

Вариант ответа:

KHCO₃+ KOH = K₂CO₃ + H₂O

2K⁺      + HCO₃^-      + OH^-   =    2K⁺     + CO3^2-     + H₂O

HCO₃^-      + OH^-   = CO3^2-     +  H₂O

         Пример 2. Даны: сульфид меди (II), нитрат серебра, азотная кислота, хлороводородная кислота, фосфат калия.

         Задание 30. Вероятный выбор — взаимодействие сульфида меди и азотной кислоты. Обратите внимание, что это реакция не ионного обмена, а именно окислительно-восстановительная. Сульфиды окисляются до сульфатов, в результате получается сульфат меди (II). Поскольку кислота концентрированная, наиболее вероятно протекание реакции с образованием оксида азота (IV).

         Задание 31. Здесь могут возникнуть сложности. Во-первых, есть риск в качестве уравнения ионного обмена выбрать взаимодействие между сульфидом меди и хлороводородной кислотой: это неверно. А вот что можно взять, так это образование хлорида серебра при взаимодействии нитрата серебра и хлороводородной кислоты. Можно взять и взаимодействие фосфата калия и нитрата серебра (не забудьте об образовании ярко-желтого осадка).

          Пример 3. Даны: перманганат калия, хлорид калия, сульфат натрия, нитрат цинка, гидроксид калия.

         Задание 30. Радуйтесь: если в списке есть перманганат калия, значит, окислитель вы уже нашли. А вот его взаимодействие со щелочью, с образованием манганата и выделением кислорода — реакция, которую школьники почему-то забывают. Другие варианты реакций здесь придумать сложно.

         Задание 31. Снова возможны варианты: образование гидроксида цинка или комплексной соли.

         Пример 4. Даны: гидрокарбонат кальция, железная окалина, азотная кислота, соляная кислота, оксид кремния (IV).

         Задание 30. Первая сложность — вспомнить, что такое железная окалина и как этот оксид железа будет себя вести. В процессе взаимодействия с азотной кислотой железо окисляется до трехвалентного, продуктом реакции становится нитрат железа (III). Если кислоту взять концентрированную, то продуктом также будет оксид азота (IV). Можно поступить иначе: представить взаимодействие концентрированных кислот, соляной и азотной. Иногда в заданиях обговаривается концентрация кислоты; если уточнений нет — можно выбрать любую концентрацию.

           Задание 31. Здесь самый простой вариант — реакция гидрокарбоната кальция с соляной кислотой с выделением углекислого газа. Главное — записать формулу именно гидрокарбоната.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1.     Лесняк В. Графический дизайн (основные профессии) [Текст] / В. Лесняк. –М.:ИндексМаркет, –2011, — С.208

2.     http://avtosreda.ru/info/osnovnye-vozmozhnosti-autodesk-inventor/.

3.     ТремблейТ. Autodesk^® Inventor^® 2013 и Inventor LT^TM 2013. Основы. Официальный учебный курс [Текст] / Тремблей Т. М.: ДМК Пресс, 2013.-344с.