ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 39 Вопрос 10 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Укажите формулы веществ, которые в химических реакциях могут быть только окислителями, только восстановителями, а также проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства:
а) F₂;
б) Са;
в) HNO₃;
г) P;
д) SO₂.

Приведите аргументы.

а) F₂

Фтор имеет степень окисления −1, поэтому в виде простого вещества он может выступать только как окислитель:
F₂⁰ + 2e⁻ → 2F⁻¹

б) Ca

Кальций обладает степенью окисления +2, следовательно, в виде простого вещества он может быть только восстановителем:
Ca⁰ − 2e⁻ → Ca⁺²

в) HNO₃

В составе азотной кислоты азот имеет наивысшую возможную степень окисления +5. Это означает, что в окислительно-восстановительных процессах он уже не может повышать свою степень окисления и способен только принимать электроны, то есть переходить в более низкие степени окисления. Следовательно, азотная кислота может выступать исключительно в роли окислителя.

Возможные электронные переходы азота:
N⁺⁵ + e⁻ → N⁺⁴
N⁺⁵ + 2e⁻ → N⁺³
N⁺⁵ + 3e⁻ → N⁺²
N⁺⁵ + 4e⁻ → N⁺¹
2N⁺⁵ + 10e⁻ → N₂⁰
N⁺⁵ + 8e⁻ → N⁻³

г) P

Фосфор отличается тем, что способен существовать как в положительных, так и в отрицательных степенях окисления. Благодаря этому он может проявлять двойственную химическую роль.

В одних реакциях фосфор принимает электроны и тем самым выступает как окислитель:
P⁰ + 3e⁻ → P⁻³

В других реакциях он, наоборот, отдаёт электроны и действует как восстановитель:
P⁰ − 3e⁻ → P⁺³
P⁰ − 5e⁻ → P⁺⁵

д) SO₂

В молекуле сернистого газа сера находится в степени окисления +4, которая является промежуточной. Из-за этого сера способна как принимать электроны, так и отдавать их, то есть проявлять обе роли в окислительно-восстановительных реакциях.

В роли окислителя сера понижает степень окисления:
S⁺⁴ + 2e⁻ → S⁺²
S⁺⁴ + 4e⁻ → S⁰
S⁺⁴ + 6e⁻ → S⁻²

В роли восстановителя сера повышает степень окисления:
S⁺⁴ − 2e⁻ → S⁺⁶

Нужно распределить вещества по трём группам: те, которые в ОВР могут быть только окислителями, только восстановителями или проявлять обе роли. Основание одно и то же: смотрим, может ли атом (или ключевой элемент в веществе) повысить и/или понизить степень окисления.

Если элемент уже в максимально высокой степени окисления, он может только принимать электроны (восстанавливаться) и вещество будет только окислителем.

Если элемент уже в минимальной степени окисления, он может только отдавать электроны (окисляться) и вещество будет только восстановителем.

Если степень окисления промежуточная, возможны оба направления.

а) F₂

У фтора в соединениях типичная степень окисления −1, выше он практически не поднимается, потому что фтор самый электроотрицательный элемент и почти всегда принимает электроны. В простом веществе F₂ степень окисления 0, и единственное реальное направление в ОВР — принять электроны и перейти в −1. Поэтому F₂ может быть только окислителем (то есть тем, кто принимает электроны).

Это и показывает электронное уравнение:
F₂⁰ + 2e⁻ → 2F⁻¹
Смысл такой: молекула F₂ состоит из двух атомов F со степенью 0. Каждый атом, чтобы стать F⁻¹, принимает по одному электрону, всего требуется 2e⁻. После принятия электронов получается 2 иона F⁻¹.

б) Ca

Кальций — щёлочноземельный металл. Для него характерна степень окисления +2, потому что он легко отдаёт два внешних электрона и становится катионом Ca²⁺. В простом веществе Ca имеет степень 0 и в реакциях обычно именно отдаёт электроны. Принять электроны и перейти в отрицательную степень окисления для кальция в обычной химии нехарактерно. Поэтому металлический Ca выступает только восстановителем (то есть тем, кто отдаёт электроны).

Это отражает электронное уравнение:
Ca⁰ − 2e⁻ → Ca⁺²
Здесь показано, что один атом кальция отдаёт 2 электрона, и его степень окисления увеличивается с 0 до +2.

в) HNO₃

В азотной кислоте важен азот. В HNO₃ у азота степень окисления +5 — это максимальная степень окисления для азота в типичных соединениях. Раз азот уже «на вершине», дальше повышать степень окисления ему некуда. Значит, он может только понижать её, то есть принимать электроны и восстанавливаться. Следовательно, HNO₃ в ОВР проявляет себя только как окислитель.

Возможные переходы показывают, в какие степени окисления может перейти азот, принимая разное число электронов:
N⁺⁵ + e⁻ → N⁺⁴
Азот принимает 1 электрон и снижает степень окисления на 1.

N⁺⁵ + 2e⁻ → N⁺³
Принято 2 электрона, степень стала +3.

N⁺⁵ + 3e⁻ → N⁺²
Принято 3 электрона, степень стала +2.

N⁺⁵ + 4e⁻ → N⁺¹
Принято 4 электрона, степень стала +1.

2N⁺⁵ + 10e⁻ → N₂⁰
Здесь сразу два атома азота переходят в молекулу N₂, где степень окисления 0. Каждый азот меняет +5 → 0, то есть принимает 5 электронов. Два атома вместе принимают 10e⁻, поэтому и стоит 2N⁺⁵ и 10e⁻.

N⁺⁵ + 8e⁻ → N⁻³
Это переход в минимальную степень окисления −3 (например, в аммиаке азот −3). Изменение +5 → −3 составляет 8 единиц, значит требуется 8 электронов.

г) P

Фосфор может существовать и в отрицательных, и в положительных степенях окисления. В простом веществе P степень окисления 0, то есть она промежуточная: фосфор может как принять электроны (уйти в отрицательные степени), так и отдать электроны (уйти в положительные степени). Поэтому P способен проявлять и окислительные, и восстановительные свойства.

Как окислитель (принимает электроны):
P⁰ + 3e⁻ → P⁻³
Здесь фосфор принимает 3 электрона и переходит в −3.

Как восстановитель (отдаёт электроны):
P⁰ − 3e⁻ → P⁺³
Фосфор отдаёт 3 электрона и становится +3.

P⁰ − 5e⁻ → P⁺⁵
Фосфор отдаёт 5 электронов и становится +5 (это максимальная положительная степень окисления фосфора в многих соединениях).

д) SO₂

В SO₂ ключевой элемент — сера. В этой молекуле сера имеет степень окисления +4. Это промежуточное значение: сера может как понизить степень (в сторону 0 или отрицательных значений), так и повысить её (до +6). Поэтому SO₂ может быть и окислителем, и восстановителем — в зависимости от того, с чем он реагирует.

Как окислитель (сера принимает электроны и понижает степень окисления):
S⁺⁴ + 2e⁻ → S⁺²
Переход +4 → +2 означает принятие 2 электронов.

S⁺⁴ + 4e⁻ → S⁰
Переход +4 → 0 означает принятие 4 электронов.

S⁺⁴ + 6e⁻ → S⁻²
Переход +4 → −2 означает принятие 6 электронов.

Как восстановитель (сера отдаёт электроны и повышает степень окисления):
S⁺⁴ − 2e⁻ → S⁺⁶
Переход +4 → +6 означает отдачу 2 электронов.