ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 44 Вопрос 3 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Из следующих утверждений выберите истинные:
а) к окислительно-восстановительным будут относиться все реакции ионного обмена;
б) все реакции ионного обмена не будут являться окислительно-восстановительными;
в) все реакции замещения являются окислительно-восстановительными;
г) только некоторые реакции замещения являются окислительно-восстановительными реакциями;
д) к окислительно-восстановительным реакциям относят те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество;
е) все реакции разложения и соединения не являются окислительно-восстановительными.
Обоснуйте свою точку зрения, докажите её примерами уравнений реакций.

a) К окислительно-восстановительным относятся все реакции ионного обмена.

Это утверждение неверно. В ходе реакций ионного обмена степень окисления элементов не меняется: происходит лишь обмен между ионами, без изменения их электронной структуры.

Пример:
\(
{\overset{+2}{\text{Ba}}}(\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3})_2 + {\overset{+1}{\text{Na}}}_2{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4} \rightarrow 2{\overset{+1}{\text{Na}}}\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3} + {\overset{+2}{\text{Ba}}}{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4}
\)

б) Все реакции ионного обмена не являются окислительно-восстановительными.

Это утверждение верно. В реакциях ионного обмена элементы сохраняют свои степени окисления, так как происходит простой обмен катионами и анионами, без изменения их химической природы.

Пример:
\(
{\overset{+2}{\text{Ba}}}(\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3})_2 + {\overset{+1}{\text{Na}}}_2{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4} \rightarrow 2{\overset{+1}{\text{Na}}}\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3} + {\overset{+2}{\text{Ba}}}{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4}
\)

в) Все реакции замещения являются окислительно-восстановительными.

Это утверждение верно. В реакциях замещения простое вещество замещает атомы другого элемента в соединении. При этом элемент в форме простого вещества (со степенью окисления \(0\)) переходит в соединение, изменяя свою степень окисления, а вытесненный элемент из соединения становится простым веществом, также меняя степень окисления.

Пример:
\(
2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}
\)

г) Только некоторые реакции замещения являются окислительно-восстановительными.

Это утверждение неверно. По определению, реакции замещения — это такие химические процессы, в которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном соединении. При этом элемент, входящий в состав простого вещества (со степенью окисления 0), вытесняет другой элемент из сложного вещества, сам приобретая новую степень окисления. Вытесненный элемент, напротив, переходит в форму простого вещества и получает степень окисления 0. Таким образом, все реакции замещения являются окислительно-восстановительными.

Пример:
\(
{\overset{+4}{\text{С}}}\overset{-2}{\text{O}_2} + 2{\overset{0}{\text{Mg}}}\) \(2{\overset{+2}{\text{Mg}}}\overset{-2}{\text{O}} + {\overset{0}{\text{C}}}
\)

д) К окислительно-восстановительным реакциям относятся те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

Это утверждение верно. Если в реакции разложения элемент из сложного вещества переходит в форму простого вещества, то его степень окисления меняется на 0. Аналогично, при соединении простых веществ в сложное их степени окисления изменяются с 0 на соответствующие значения.

Пример разложения:
\(
2{\overset{+2}{\text{Hg}}}\overset{-2}{\text{O}}\) \(2{\overset{0}{\text{Hg}}} + {\overset{0}{\text{O}_2}}\uparrow
\)

Пример соединения:
\(
4{\overset{0}{\text{P}}} + 5{\overset{0}{\text{O}_2}} \rightarrow 2{\overset{+5}{\text{P}_2}}\overset{-2}{\text{O}_5}
\)

Однако, если разложение сложного вещества приводит к образованию менее сложных соединений, то степени окисления элементов могут не изменяться:

Пример:
\(
{\overset{+2}{\text{Ca}}}{\overset{+4}{\text{C}}}\overset{-2}{\text{O}_3}\) \({\overset{+2}{\text{Ca}}}\overset{-2}{\text{O}} + {\overset{+4}{\text{C}}}\overset{-2}{\text{O}_2}
\)

е) Все реакции разложения и соединения не являются окислительно-восстановительными.

Это утверждение неверно. Например, если в результате реакции разложения элемент из состава сложного вещества переходит в форму простого вещества, его степень окисления меняется с ненулевой на нулевую.

Пример:
\(
{\overset{+2}{\text{Hg}}}\overset{-2}{\text{O}}\) \(2{\overset{0}{\text{Hg}}} + {\overset{0}{\text{O}_2}}\uparrow
\)

В данном случае происходит изменение степени окисления: ртуть восстанавливается с +2 до 0, а кислород окисляется с -2 до 0. Следовательно, это окислительно-восстановительная реакция.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов элементов, участвующих в реакции. Это изменение степеней окисления обусловлено переходом электронов от одного атома к другому: один элемент окисляется (отдает электроны, его степень окисления повышается), а другой восстанавливается (принимает электроны, его степень окисления понижается).

Теперь рассмотрим каждое утверждение:

а) К окислительно-восстановительным будут относиться все реакции ионного обмена;

Неверно.

— Почему? Реакции ионного обмена (их также называют реакциями двойного обмена) — это реакции, которые обычно протекают в растворах между электролитами (кислотами, основаниями, солями). Суть этих реакций заключается в том, что ионы, составляющие реагенты, «меняются партнерами». Например, катион одного вещества соединяется с анионом другого, и наоборот.

— Что происходит со степенями окисления? В таких реакциях сами ионы остаются неизменными по своему составу и заряду. Например, ион \(\text{Ba}^{2+}\) всегда остается \(\text{Ba}^{2+}\), независимо от того, с каким анионом он связан. Точно так же ион \(\text{NO}_3^-\) всегда остается \(\text{NO}_3^-\). Поскольку степень окисления элемента в ионе равна заряду этого иона (для простых ионов) или сумме степеней окисления атомов в сложном ионе (для сложных ионов, где сумма степеней окисления равна заряду иона), и эти заряды/суммы не меняются, то и степени окисления отдельных элементов в этих ионах остаются постоянными. Нет передачи электронов между атомами.

— Пример:
\(
{\overset{+2}{\text{Ba}}}(\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3})_2 + {\overset{+1}{\text{Na}}}_2{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4} \rightarrow 2{\overset{+1}{\text{Na}}}\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}_3} + {\overset{+2}{\text{Ba}}}{\overset{+6}{\text{S}}}\overset{-2}{\text{O}_4}\downarrow
\)

В этой реакции:
— Барий (\(\text{Ba}\)): был +2, остался +2.
— Азот (\(\text{N}\)): был +5, остался +5.
— Кислород (\(\text{O}\)): был -2, остался -2.
— Натрий (\(\text{Na}\)): был +1, остался +1.
— Сера (\(\text{S}\)): была +6, осталась +6.
Поскольку степени окисления всех элементов не изменились, это не ОВР.

б) Все реакции ионного обмена не будут являться окислительно-восстановительными.

Верно.

— Почему? Это прямое следствие объяснения к пункту (а). Механизм реакций ионного обмена по своей природе исключает изменение степеней окисления. Они основаны на образовании малорастворимых веществ, газов или слабых электролитов, что приводит к смещению равновесия и протеканию реакции, но не включает в себя передачу электронов между атомами.

— Пример: Тот же пример, что и выше, демонстрирует отсутствие изменения степеней окисления, подтверждая, что реакции ионного обмена не являются ОВР.

в) Все реакции замещения являются окислительно-восстановительными.

Верно.

— Почему? Реакции замещения определяются как реакции между простым веществом и сложным веществом, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, образуя новое простое вещество и новое сложное вещество.

— Что происходит со степенями окисления?
1. Простое вещество-реагент: По определению, степень окисления атомов в простом веществе всегда равна 0. Когда это простое вещество вступает в реакцию и образует сложное вещество, его атомы приобретают ненулевую степень окисления. Это означает, что они либо отдают электроны (окисляются), либо принимают электроны (восстанавливаются).
2. Вытесненный элемент: Элемент, который был частью сложного вещества (и имел ненулевую степень окисления), в результате реакции становится простым веществом. Его степень окисления, соответственно, меняется на 0. Это также означает, что он либо отдал, либо принял электроны.
Поскольку в каждой реакции замещения обязательно происходит изменение степеней окисления двух элементов (один из 0 в не-0, другой из не-0 в 0), все реакции замещения по определению являются окислительно-восстановительными.

— Пример:
\(
2\overset{0}{\text{Al}} + \overset{+3}{\text{Cr}}_2\overset{-2}{\text{O}}_3\) \(\overset{+3}{\text{Al}}_2\overset{-2}{\text{O}}_3 + 2\overset{0}{\text{Cr}}
\)

• Алюминий (\(\text{Al}\)): степень окисления изменилась с 0 (в \(\text{Al}\)) до +3 (в \(\text{Al}_2\text{O}_3\)). Алюминий окислился.
• Хром (\(\text{Cr}\)): степень окисления изменилась с +3 (в \(\text{Cr}_2\text{O}_3\)) до 0 (в \(\text{Cr}\)). Хром восстановился.

Очевидно, это ОВР.

г) Только некоторые реакции замещения являются окислительно-восстановительными реакциями.

Неверно.

— Почему? Это утверждение противоречит выводу из пункта (в). Поскольку механизм реакции замещения всегда предполагает участие простого вещества и образование другого простого вещества, изменение степеней окисления неизбежно. Нет таких реакций замещения, в которых бы не произошло изменения степеней окисления.

— Пример: Любая реакция замещения будет демонстрировать изменение степеней окисления, как в примере с алюминием и оксидом хрома.

д) К окислительно-восстановительным реакциям относятся те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

Верно.

— Почему?

— Реакции соединения: Если в реакции соединения участвует хотя бы одно простое вещество (например, \(\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}\) или \(\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\)), то его степень окисления (которая изначально равна 0) обязательно изменится при образовании сложного вещества. Это автоматически делает реакцию ОВР.

— Реакции разложения: Если в реакции разложения сложного вещества образуется хотя бы одно простое вещество (например, \(2\text{HgO} \rightarrow 2\text{Hg} + \text{O}_2\)), то степень окисления элемента, который перешел в простое вещество, изменится с ненулевого значения на 0. Это также делает реакцию ОВР.

— Важное уточнение: Это утверждение верно, но оно не означает, что только такие реакции являются ОВР. Например, реакции между двумя сложными веществами также могут быть ОВР (например, \(\text{KMnO}_4 + \text{HCl}\)). Однако, если простое вещество участвует, это является достаточным условием для того, чтобы реакция была ОВР.

— Примеры:

• Разложение (ОВР):
  \(
  2{\overset{+2}{\text{Hg}}}\overset{-2}{\text{O}}\) \(2{\overset{0}{\text{Hg}}} + {\overset{0}{\text{O}_2}}\uparrow
  \)
  Здесь ртуть (\(\text{Hg}\)) восстанавливается с +2 до 0, а кислород (\(\text{O}\)) окисляется с -2 до 0. Образуются простые вещества.
• Соединение (ОВР):
  \(
  4{\overset{0}{\text{P}}} + 5{\overset{0}{\text{O}_2}} \rightarrow 2{\overset{+5}{\text{P}_2}}\overset{-2}{\text{O}_5}
  \)
  Здесь фосфор (\(\text{P}\)) окисляется с 0 до +5, а кислород (\(\text{O}\)) восстанавливается с 0 до -2. Реагенты — простые вещества.

— Контрпример (разложение, НЕ ОВР):
\(
{\overset{+2}{\text{Ca}}}{\overset{+4}{\text{C}}}\overset{-2}{\text{O}_3}\) \({\overset{+2}{\text{Ca}}}\overset{-2}{\text{O}} + {\overset{+4}{\text{C}}}\overset{-2}{\text{O}_2}
\)
В этом случае все элементы сохраняют свои степени окисления (\(\text{Ca}\) +2, \(\text{C}\) +4, \(\text{O}\) -2). Здесь не образуется простое вещество, и степени окисления не меняются. Это реакция разложения, но не ОВР.

е) Все реакции разложения и соединения не являются окислительно-восстановительными.

Неверно.

— Почему? Это утверждение прямо противоречит выводам из пункта (д). Как мы видели, существует множество примеров реакций разложения и соединения, которые являются окислительно-восстановительными. Утверждение «все… не являются» означает, что ни одна из них не может быть ОВР, что является ложным.

— Пример:

• Реакция разложения оксида ртути:
  \(
  {\overset{+2}{\text{Hg}}}\overset{-2}{\text{O}}\) \(2{\overset{0}{\text{Hg}}} + {\overset{0}{\text{O}_2}}\uparrow
  \)
  Это реакция разложения, и она является ОВР.
• Реакция соединения водорода и хлора:
  \(
  {\overset{0}{\text{H}_2}} + {\overset{0}{\text{Cl}_2}} \rightarrow 2{\overset{+1}{\text{H}}}{\overset{-1}{\text{Cl}}}
  \)
  Это реакция соединения, и она является ОВР.

Итог:

Истинные утверждения:
— б) Все реакции ионного обмена не будут являться окислительно-восстановительными.
— в) Все реакции замещения являются окислительно-восстановительными.
— д) К окислительно-восстановительным реакциям относятся те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

Ложные утверждения:
— а) К окислительно-восстановительным будут относиться все реакции ионного обмена.
— г) Только некоторые реакции замещения являются окислительно-восстановительными реакциями.
— е) Все реакции разложения и соединения не являются окислительно-восстановительными.