πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Химия → Курс теории → №19

№19. Окислительно-восстановительные реакции: окислитель и восстановитель

Задание №19 проверяет умение видеть в реакции окислитель и восстановитель, сравнивать степени окисления до и после реакции и различать окислительно-восстановительные реакции от обменных. Терять балл здесь обидно: достаточно один раз разобраться со степенями окисления и запомнить таблицу продуктов восстановления марганца и хрома в разных средах.

Окислительно-восстановительные реакции, или сокращённо ОВР, — это реакции, в которых атомы меняют свои степени окисления. Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, который считают так, будто все связи в веществе ионные. Если степени окисления ни у одного элемента не изменились, реакция не относится к ОВР: например, NaOH + HCl → NaCl + H2O — обычная обменная реакция. Задание №19 построено именно на этом различии.

В любой ОВР есть двое главных участников. Окислитель принимает электроны и понижает свою степень окисления — он сам при этом восстанавливается. Восстановитель отдаёт электроны и повышает свою степень окисления — он сам окисляется. Запомни направление: окислитель «забирает» электроны и опускается вниз по степеням окисления, восстановитель «отдаёт» и поднимается вверх. Приставка «вос-» в слове восстановитель означает, что он помогает восстановиться другому, а сам окисляется.

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

В этом уравнении марганец понижает степень окисления с +7 до +2 и работает окислителем, а сера в сульфите натрия повышает её с +4 до +6 и работает восстановителем. Обрати внимание: в ответе всегда указывают формулу целого вещества, а не отдельный атом. Например, в реакции 2FeO + C → 2Fe + CO2 восстановителем будет углерод C, потому что именно его степень окисления выросла с 0 до +4, а железо, наоборот, понизило её с +2 до 0.

Отдельная группа — сильные окислители, которые встречаются почти в каждом варианте. Это перманганат калия KMnO4, дихромат калия K2Cr2O7, азотная кислота в двух концентрациях, концентрированная серная кислота, галогены, кислород и пероксид водорода. У каждого свой привычный продукт восстановления, и в задании его часто нужно просто узнать.

Среда раствораКак меняется степень окисления марганцаПродукт восстановленияВидимый признак
Кислая (подкисленный раствор)Mn(+7) → Mn(+2)соль марганца (II), например MnSO4фиолетовый раствор обесцвечивается
Нейтральная (вода)Mn(+7) → Mn(+4)MnO2выпадает бурый осадок
Щелочная (щелочь в избытке)Mn(+7) → Mn(+6)манганат, например K2MnO4раствор становится зелёным

MnO4^− + 8H^+ + 5e → Mn^2+ + 4H2O (кислая среда, обесцвечивание)

MnO4^− + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH^− (нейтральная среда, бурый осадок)

ОкислительПродукт восстановленияПример реакции
KMnO4 в кислой средеMn(+2), бесцветный раствор2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
K2Cr2O7 в кислой средеCr(+3), зелёный раствор соли хрома (III)K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O
HNO3 концентрированнаяNO2, бурый газCu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
HNO3 разбавленнаяNO, бесцветный газ3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
H2SO4 концентрированнаяSO2, газ с резким запахомCu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Галогены Cl2, Br2, I2галогенид-ион Hal^−Cl2 + 2KI → 2KCl + I2
H2O2 как окислительH2OH2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O
O2оксид или вода, кислород −22Cu + O2 → 2CuO

Типичные восстановители — это металлы, водород H2, углерод и оксид углерода (II), сероводород H2S и сульфиды, оксид серы (IV) SO2 и сульфиты, аммиак NH3, иодид калия KI, соединения железа (II) и низшие степени окисления неметаллов. Полезно запомнить и «двуличные» вещества: H2O2, Cl2, S, NO2, HNO2 могут быть и окислителями, и восстановителями, потому что элемент в них находится в промежуточной степени окисления. Классический пример — реакция Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O: хлор одновременно и окислитель (0 → −1), и восстановитель (0 → +1). Такие реакции называют реакциями диспропорционирования, и в перечне ответов одно и то же вещество может подойти сразу к двум позициям.

Типичные ошибки. 1) Путают термины и считают, что окислитель сам окисляется. Всё наоборот: окислитель принимает электроны и восстанавливается, а восстановитель отдаёт электроны и окисляется. 2) В ответе указывают отдельный атом вместо формулы вещества: в реакции 2FeO + C → 2Fe + CO2 восстановитель — углерод C, а не железо и не оксид железа (II). 3) Не учитывают среду и пишут MnO2 там, где раствор подкислен, хотя в кислой среде получается соль марганца (II) и раствор обесцвечивается. 4) Считают, что в H2O2 кислород имеет степень окисления −2: на самом деле здесь −1, поэтому пероксид водорода может быть и окислителем, и восстановителем. 5) Принимают обменную реакцию за ОВР: в FeS + 2HCl → H2S + FeCl2 ни одна степень окисления не меняется. 6) Забывают про концентрацию кислоты и ставят NO2 для разбавленной азотной кислоты, хотя она восстанавливается только до NO.

Проверь себя

  1. Почему восстановитель в ходе реакции обязательно повышает свою степень окисления?
  2. Какой продукт получается при восстановлении KMnO4 в нейтральном растворе и как это заметить по внешнему виду?
  3. Почему в реакции Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O одно и то же вещество называют и окислителем, и восстановителем?
  4. Что изменится в продуктах, если медь реагирует с разбавленной азотной кислотой вместо концентрированной?
  5. Может ли реакция ионного обмена быть окислительно-восстановительной и почему?

Показательные решения

Разбор из банка: ищем восстановителя в четырёх уравнениях
Установите соответствие между уравнением реакции и формулой вещества, играющего в этой реакции роль восстановителя: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ A) I₂ + 5F₂ = 2IF₅; Б) 2FeO + C = 2Fe + CO₂; B) SO₂ + I₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HI; Г) FeO + 4HNO₃ = Fe (NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O. ФОРМУЛА ВОССТАНОВИТЕЛЯ 1) FeO; 2) Fe; 3) I₂; 4) HI; 5) SO₂; 6) C. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. В задании даны четыре уравнения реакций, и для каждого нужно выбрать формулу вещества, которое играет роль восстановителя.
  2. Восстановитель — это вещество, атомы которого отдают электроны, значит их степень окисления в ходе реакции повышается. Искать нужно тот элемент, степень окисления которого выросла.
  3. Уравнение А: I2 + 5F2 → 2IF5. Йод был в простом веществе со степенью окисления 0, а в IF5 стал +5. Степень окисления повысилась, значит восстановитель — I2, это вариант 3.
  4. Уравнение Б: 2FeO + C → 2Fe + CO2. Углерод был 0, стал +4, а железо, наоборот, понизило степень окисления с +2 до 0. Восстановитель — C, вариант 6.
  5. Уравнение В: SO2 + I2 + 2H2O → H2SO4 + 2HI. Сера повысила степень окисления с +4 до +6, а йод понизил с 0 до −1. Восстановитель — SO2, вариант 5.
  6. Уравнение Г: FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O. Железо повысило степень окисления с +2 до +3, азот понизил с +5 до +4. Восстановитель — FeO, вариант 1.
  7. Записываем цифры по порядку букв: А — 3, Б — 6, В — 5, Г — 1. Ответ: 3651.

Ответ: 3651

Официальное решение из банка ФИПИ

Восстановитель — это вещество, в состав которого входят атомы, отдающие электроны в результате химической реакции, следовательно, повышающие свою степень окисления. Определяем степень окисления каждого элемента и определяем, в каком соединении элемент повышает свою степень окисления. А) Повышает йод (I₂ — был 0, стал +5). Б) Повышает углерод (С — был 0, стал +4). В) Повышает сера в оксиде серы (IV) (была +4, стала +6). Г) Повышает железо в оксиде железа (II) (была +2, стала +3). Ответ: 3651.

Разбор из банка: вещество, которое может быть и окислителем, и восстановителем
Установите соответствие между схемой реакции и формулой вещества-восстановителя в ней: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. СХЕМА РЕАКЦИИ А) Сl₂ + КОН → КСl + KClO + H₂O; Б) H₂O₂ + Ag₂O → Н₂O + Ag + O₂; В) Н₂O₂ + Cl₂ → НСl + O₂; Г) Сl₂ + NO → NOCl. ВОССТАНОВИТЕЛЬ 1) КОН; 2) Сl₂; 3) Н₂О₂; 4) Ag₂O; 5) NO. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. Даны четыре схемы реакций и перечень веществ; для каждой схемы нужно указать вещество-восстановитель.
  2. А) Cl2 + KOH → KCl + KClO + H2O. Хлор был 0, в KCl стал −1, а в KClO стал +1. Он одновременно понижает и повышает степень окисления, то есть работает и окислителем, и восстановителем, — это вариант 2.
  3. Б) H2O2 + Ag2O → H2O + Ag + O2. У кислорода в пероксиде степень окисления −1, в O2 он стал 0, значит пероксид окисляется и работает восстановителем; серебро при этом восстанавливается с +1 до 0. Вариант 3.
  4. В) H2O2 + Cl2 → HCl + O2. Здесь хлор понижает степень окисления с 0 до −1 и работает окислителем, а пероксид снова отдаёт электроны: кислород идёт от −1 к 0. Восстановитель — H2O2, вариант 3.
  5. Г) Cl2 + NO → NOCl. Хлор понижает степень окисления с 0 до −1, а азот повышает с +2 до +3, значит восстановитель — NO, вариант 5.
  6. Собираем ответ по буквам: А — 2, Б — 3, В — 3, Г — 5. Один и тот же номер здесь используется дважды, и это нормально: перечень не требует уникальности. Ответ: 2335.

Ответ: 2335

Официальное решение из банка ФИПИ

Определить степень окисления элементов, сравнить степени окисления элементов в правой и левой частях уравнения и найти восстановитель. Восстановитель отдает электроны, поэтому степень окисления у него повышается. А) Сl₂: степень окисления была 0, стала −1 и +1, Сl₂ — окислитель и восстановитель. Б) H₂O₂: степень окисления у кислорода была −1, стала 0. В) H₂O₂: степень окисления у кислорода была −1, стала 0. Г) NO: степень окисления у азота была +2, стала +3. Ответ: 2335.

Разбор из банка: подбираем реакцию по изменению степени окисления серы
Установите соответствие между изменением степени окисления серы и формулами веществ, при взаимодействии которых это изменение происходит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ СЕРЫ A) S⁰ → S⁴⁺; Б) S⁴⁺ → S⁶⁺; B) S²⁻ → S⁰; Г) S⁶⁺ → S⁴⁺. ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ 1) Сu и Н₂SO₄ (конц.); 2) H₂S и I₂; 3) S и O₂; 4) FeS и НСl; 5) SO₂ и Сl₂; 6) K₂SO₃ и H₂SO₄ (p − p). Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. Условие обратное привычному: дано, как меняется степень окисления серы, и нужно выбрать пару веществ, в реакции которых это изменение происходит.
  2. А) S(0) → S(+4). Нужен переход из простого вещества в оксид серы (IV): S + O2 → SO2. Подходит вариант 3, где даны сера и кислород.
  3. Б) S(+4) → S(+6). Здесь серу окисляют дальше, до степени +6: SO2 + Cl2 → SO2Cl2. Подходит вариант 5.
  4. В) S(−2) → S(0). Из сероводорода сера переходит в простое вещество под действием более слабого окислителя: H2S + I2 → S + 2HI. Подходит вариант 2.
  5. Г) S(+6) → S(+4). Серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV), что типично для концентрированной кислоты и малоактивного металла: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O. Подходит вариант 1.
  6. Пары 4 и 6 отсеиваются сразу: FeS + HCl и K2SO3 + H2SO4 — обменные реакции, в них степени окисления не меняются.
  7. Собираем ответ: А — 3, Б — 5, В — 2, Г — 1, то есть 3521. Ответ: 3521.

Ответ: 3521

Официальное решение из банка ФИПИ

Установим соответствие. 1. Сu + H₂SO₄ (конц.) → 20.5 cm SO₂ + CuSO₄ + H₂O — степень окисления меняется: S⁶⁺ → S⁴⁺. 2. H₂S + I₂ → 20.5 cm 2HI + S — меняется: S²⁻ → S⁰. 3. S + O₂ → 20.5 cm SO₂ — меняется: S⁰ → S⁴⁺. 4. FeS + 2HCl → 20.5 cm H₂S + FeCl₂ — не изменяется. 5. SO₂ + Cl₂ → 20.5 cm SO₂Cl₂ — меняется: S⁴⁺ → S⁶⁺. 6. K₂SO₃ + H₂SO₄ → 20.5 cm SO₂ + K₂SO₄ + H₂O — не изменяется. Ответ: 3521.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по химии · Решать задания №19