πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Химия → Курс теории → №29

№29. ОВР: электронный баланс и оформление развёрнутого ответа

Задание №29 — окислительно-восстановительная реакция с развёрнутым ответом: из перечня веществ нужно выбрать подходящую по условию пару, записать уравнение, составить электронный баланс и назвать окислитель и восстановитель. Работа стоит 2 балла, и один из них теряют чаще всего из-за неполного оформления, а не из-за неверной химии.

Как устроено задание. Дан перечень веществ, например KMnO4, HCl, AgNO3, KCl и вода, и указан признак реакции: изменение окраски раствора, выделение газа, выпадение осадка. Нужно выбрать два вещества, которые реагируют именно так, записать уравнение окислительно-восстановительной реакции, составить электронный баланс и указать, какое вещество окислитель, а какое восстановитель. Эксперт проверяет три элемента: верно выбранные вещества и уравнение, верный баланс, названные роли.

Начинай со степеней окисления. У простых веществ она равна нулю, у водорода почти всегда +1, у кислорода −2, у щелочных металлов +1, у щёлочноземельных +2. В кислотах и солях степень окисления элемента кислотного остатка находят из правила: сумма всех степеней окисления с учётом индексов равна заряду частицы. Так, в KMnO4 у марганца +7 — это высшая степень, значит вещество может быть только окислителем. В HCl у хлора −1 — низшая степень, хлор может только отдавать электроны и быть восстановителем. Такая пара сразу даёт окислительно-восстановительную реакцию.

2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl (газ, без осадка)

2 Mn(+7) + 5e → Mn(+2) · 5 2Cl(−1) − 2e → Cl2(0)

Признак из условия — это подсказка о продуктах. Изменение окраски раствора означает, что окислитель восстанавливается и меняет цвет: перманганат фиолетовый, а его продукт в кислой среде почти бесцветный. Выделение газа без осадка указывает на окисление бескислородного аниона: хлорид даёт хлор, сульфид даёт серу или сероводород. Выпадение осадка без газа подсказывает продукт восстановления перманганата в нейтральной среде — бурый MnO2. Среда определяет, до чего дойдёт окислитель, поэтому её всегда указывают в записи: кислота, вода или щёлочь.

Признак в условииЧто это значитНа что смотреть
Изменение окраски раствораокислитель восстанавливается и меняет цветперманганат, дихромат, соли железа (III)
Выделение газаокисляется бескислородный анион или разлагается неустойчивое соединениехлорид, сульфид, нитрит, аммиак
Выпадение осадка без газапродукт восстановления выпадает или образуется нерастворимая сольMnO2 (бурый), сера, AgCl (белый)
Среда кислая (есть H2SO4 или HCl)окислитель доходит до низшей степени окисленияKMnO4 даёт Mn(+2), K2Cr2O7 даёт Cr(+3)
Среда нейтральная (вода)окислитель восстанавливается частичноKMnO4 даёт MnO2
Среда щелочная (есть KOH или NaOH)окислитель восстанавливается до промежуточной степениKMnO4 даёт манганат K2MnO4
Окислитель и средаПродукт восстановленияВнешний признак
KMnO4 в кислой средеMn(+2), соль MnSO4 или MnCl2фиолетовый раствор обесцвечивается
KMnO4 в нейтральной средеMnO2бурый осадок
KMnO4 в щелочной средеK2MnO4, марганец +6раствор становится зелёным
K2Cr2O7 в кислой средеCr(+3), соль хрома (III)оранжевый становится зелёным
HNO3 разбавленнаяNOбесцветный газ
HNO3 концентрированнаяNO2бурый газ
H2SO4 концентрированнаяSO2газ с резким запахом

Как проверяют эксперты. Критерий на 2 балла требует двух элементов: верно записанное уравнение окислительно-восстановительной реакции и электронный баланс с указанием окислителя и восстановителя. Если уравнение верное, а роли веществ не названы, ставят 1 балл. Поэтому последняя строка ответа должна быть отдельным предложением: окислитель такой-то, восстановитель такой-то. Степени окисления в балансе удобно писать в скобках, как Mn(+7) или S(+6), а число электронов — рядом со стрелкой. Если в перечне есть вещества, дающие осадок или газ без изменения степеней окисления (AgNO3 с HCl), их отбрасывают: задание требует именно окислительно-восстановительную реакцию.

Типичные ошибки. 1) Называют окислителем водород кислоты: в реакции перманганата с HCl электроны отдаёт хлор со степенью окисления −1, а не водород. 2) Записывают баланс без коэффициентов или не приводят число электронов к наименьшему общему кратному. 3) Забывают, что часть восстановителя уходит на соль: из 16 молекул HCl только 10 дают хлор, а 6 образуют MnCl2 и KCl. 4) Не учитывают среду и получают неверный продукт: MnO2 там, где нужен Mn(+2), или наоборот. 5) Не дописывают воду и щёлочь, из-за чего не сходится баланс по водороду и кислороду. 6) Пишут роли окислителя и восстановителя внутри уравнения или вовсе пропускают их — балл снижают даже при верных коэффициентах.

Проверь себя

  1. Почему перманганат калия может быть только окислителем, а сульфит натрия в этой же реакции — только восстановителем?
  2. Как по признаку «выделение газа без осадка» понять, какие вещества из перечня нужно взять?
  3. До чего восстанавливается перманганат калия в кислой, нейтральной и щелочной среде и как это отражается на записи уравнения?
  4. Почему из 16 молекул HCl в реакции с перманганатом только 10 участвуют в окислении хлора?
  5. Как оформить ответ, чтобы эксперт поставил 2 балла, и что теряется, если не назвать отдельной строкой окислитель и восстановитель?

Показательные решения

Разбор из банка: перманганат калия и соляная кислота
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: перманганат калия, хлороводород, хлорид натрия, карбонат натрия, хлорид калия. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с изменением цвета раствора и выделением газа. Выпадение осадка в ходе реакции не наблюдается. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Решение по шагам
  1. В перечне есть KMnO4, HCl, AgNO3, KCl и другие вещества, а условие говорит: реакция идёт с изменением окраски раствора и выделением газа, осадка при этом не образуется. Нужно выбрать пару, записать уравнение, составить электронный баланс и назвать роли веществ.
  2. Расставляем степени окисления. В KMnO4 марганец имеет степень окисления +7 — это высшая степень, значит вещество может только принимать электроны, то есть быть окислителем. В HCl хлор имеет степень окисления −1 — низшую, он может только отдавать электроны.
  3. Проверяем по признакам: фиолетовый раствор перманганата обесцвечивается, потому что марганец восстанавливается до Mn(+2), а выделяющийся газ — это хлор, который образуется при окислении хлорид-иона. Осадок не появляется, значит пара выбрана верно, а AgNO3 с хлороводородом дали бы белый осадок и не подходят.
  4. Записываем уравнение в молекулярном виде: 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl. Проверяем атомы: калия 2, марганца 2, хлора 16, водорода 16, кислорода 8 — всё сходится.
  5. Составляем электронный баланс. Марганец принимает пять электронов: Mn(+7) + 5e → Mn(+2), множитель 2. Хлор отдаёт электроны: 2Cl(−1) − 2e → Cl2(0), множитель 5. Наименьшее общее кратное 10, поэтому перед марганцем стоит 2, а перед хлором 5.
  6. Отдельной строкой называем роли: хлор в степени окисления −1 является восстановителем, марганец в степени окисления +7 — окислителем. Часть HCl расходуется на образование солей, поэтому кислоты в уравнении 16 молекул, а хлора получается только 5.
  7. Ответ: уравнение 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl, электронный баланс 2 Mn(+7) + 5e → Mn(+2) и 5 2Cl(−1) − 2e → Cl2(0), окислитель — марганец (+7), восстановитель — хлор (−1).

Ответ: Запишем уравнение реакции: 2KMnO₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O + 2KCl. Составим электронный баланс: 2 Mn⁷⁺ + 5 e → Mn²⁺ 5 2Cl¹⁻ − 2 e → Cl⁰ ₂ Хлор в степени окисления −1 является восстановителем. Марганец в степени окисления +7 — окислителем.

Официальное решение из банка ФИПИ

Запишем уравнение реакции: 2KMnO₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O + 2KCl. Составим электронный баланс: 2 Mn⁷⁺ + 5 e → Mn²⁺ 5 2Cl¹⁻ − 2 e → Cl⁰ ₂ Хлор в степени окисления −1 является восстановителем. Марганец в степени окисления +7 — окислителем.

Разбор из банка: фосфор и хлорноватая кислота
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: фосфор, хлорноватая кислота, сульфат натрия, хлорид бария, хлорид калия. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция, не сопровождающаяся выделением газа и выпадением осадка. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Решение по шагам
  1. Даны фосфор, HClO3, соли бария и сульфаты, а условие требует окислительно-восстановительную реакцию без обмена с осадком. Нужно выбрать подходящие вещества, записать уравнение, баланс и роли.
  2. Отбрасываем «ловушки»: соль бария с сульфатом и соль с кислотой дали бы осадок или газ без изменения степеней окисления, а задание требует именно окислительно-восстановительную реакцию.
  3. Остаётся пара «простое вещество и кислородсодержащая кислота»: фосфор P(0) может только повышать степень окисления, значит он восстановитель, а хлор в HClO3 имеет степень окисления +5 и может только понижать её, значит кислота — окислитель.
  4. Определяем продукты: фосфор в присутствии воды и окислителя доходит до фосфорной кислоты H3PO4 со степенью окисления +5, а хлор восстанавливается до хлорид-иона Cl(−1). Водород и кислород уходят в воду и кислоты.
  5. Записываем уравнение: 6P + 5HClO3 + 9H2O = 6H3PO4 + 5HCl. Проверяем: фосфора 6, хлора 5, водорода 5·1 + 9·2 = 23 слева и 6·3 + 5 = 23 справа, кислорода 5·3 + 9 = 24 слева и 6·4 = 24 справа.
  6. Составляем электронный баланс: фосфор отдаёт по 5 электронов (P(0) − 5e → P(+5), множитель 6), хлор принимает по 6 электронов (Cl(+5) + 6e → Cl(−1), множитель 5). Отданных электронов 30 и принятых 30.
  7. Называем роли отдельной строкой: фосфор в степени окисления 0 — восстановитель, хлор в степени окисления +5 — окислитель. Ответ: уравнение 6P + 5HClO3 + 9H2O = 6H3PO4 + 5HCl, баланс 6 P(0) − 5e → P(+5) и 5 Cl(+5) + 6e → Cl(−1), окислитель — хлор (+5), восстановитель — фосфор (0).

Ответ: Запишем уравнение реакции: 6P + 5HClO₃ + 9H₂O = 6H₃PO₄ + 5HCl. Составим электронный баланс: 6 P⁰ − 5 e → P⁵⁺ 5 Cl⁵⁺ + 6 e → Cl¹⁻ Фосфор в степени окисления 0 является восстановителем. Хлор в степени окисления +5 — окислителем.

Официальное решение из банка ФИПИ

Запишем уравнение реакции: 6P + 5HClO₃ + 9H₂O = 6H₃PO₄ + 5HCl. Составим электронный баланс: 6 P⁰ − 5 e → P⁵⁺ 5 Cl⁵⁺ + 6 e → Cl¹⁻ Фосфор в степени окисления 0 является восстановителем. Хлор в степени окисления +5 — окислителем.

Разбор из банка: сульфит натрия и перманганат в щелочной среде
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: перманганат калия, гидрокарбонат калия, сульфит натрия, сульфат бария, гидроксид калия. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с изменением цвета раствора. Выпадение осадка и выделение газа в ходе реакции не наблюдаются. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Решение по шагам
  1. В перечне есть сульфит натрия, перманганат калия, гидроксид калия и другие вещества. Условие говорит: окраска раствора меняется, осадка нет. Нужно выбрать вещества и оформить полный ответ.
  2. Расставляем степени окисления: в Na2SO3 сера имеет степень окисления +4 — промежуточную, она может повышаться до +6, значит сульфит восстановитель. В KMnO4 марганец +7 — высшая степень, значит перманганат окислитель.
  3. Выбираем среду. В нейтральном растворе перманганат дал бы бурый осадок MnO2, а осадок запрещён условием. Значит берём щёлочь из перечня — гидроксид калия, и в щелочной среде марганец восстанавливается только до +6, давая зелёный манганат.
  4. Записываем уравнение: Na2SO3 + 2KMnO4 + 2KOH = Na2SO4 + 2K2MnO4 + H2O. Проверяем: натрия 2, серы 1, марганца 2, калия 2 + 2 = 4, водорода 2 слева и 2 справа, кислорода 3 + 8 + 2 = 13 слева и 4 + 8 + 1 = 13 справа.
  5. Составляем электронный баланс: марганец принимает по одному электрону (Mn(+7) + e → Mn(+6), множитель 2), сера отдаёт два электрона (S(+4) − 2e → S(+6), множитель 1). Отданных и принятых электронов по два.
  6. Отдельной строкой называем роли: сера в степени окисления +4 (или сульфит натрия за счёт серы +4) — восстановитель, марганец в степени окисления +7 (или перманганат калия за счёт марганца +7) — окислитель.
  7. Ответ: уравнение Na2SO3 + 2KMnO4 + 2KOH = Na2SO4 + 2K2MnO4 + H2O, баланс 2 Mn(+7) + e → Mn(+6) и 1 S(+4) − 2e → S(+6), окислитель — перманганат калия, восстановитель — сульфит натрия.

Ответ: Запишем уравнение реакции: Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH = Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O. Составим электронный баланс: 2 | Mn⁷⁺ + e → Mn⁶⁺ 1 | S +⁴⁻ 2e → S +⁶ Сера в степени окисления +4 (или сульфит натрия за счет серы в степени окисления +4) является восстановителем. Марганец в степени окисления +7 (или перманганат калия за счет марганца в степени окисления +7) — окислителем.

Официальное решение из банка ФИПИ

Запишем уравнение реакции: Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH = Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O. Составим электронный баланс: 2 | Mn⁷⁺ + e → Mn⁶⁺ 1 | S +⁴⁻ 2e → S +⁶ Сера в степени окисления +4 (или сульфит натрия за счет серы в степени окисления +4) является восстановителем. Марганец в степени окисления +7 (или перманганат калия за счет марганца в степени окисления +7) — окислителем.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по химии · Решать задания №29