Химия · тема 5 из 15 · ОГЭ № 15, 20 · ЕГЭ № 19–20, 29

Окислительно-восстановительные реакции и электролиз

Окислитель и восстановитель, метод электронного баланса, влияние среды и электролиз — задание 20 ОГЭ и задание 29 ЕГЭ приносят гарантированные баллы.

30 мин чтенияОГЭЕГЭ22 задания

Коротко

главное за 30 секунд
  1. Окислитель принимает электроны и понижает степень окисления; восстановитель отдаёт и повышает
  2. Число отданных электронов = числу принятых — основа электронного баланса
  3. Высшая СО — только окислитель, низшая — только восстановитель, промежуточная — оба свойства
  4. KMnO4: кислая среда → Mn2+, нейтральная → MnO2, щелочная → MnO42−
  5. Электролиз: на катоде — восстановление, на аноде — окисление
  6. Металлы от Li до Al из водных растворов на катоде не выделяются — выделяется H2

Кто кому отдаёт электроны

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, в которых меняются степени окисления атомов. Один участник электроны отдаёт, другой принимает.

Восстановитель отдаёт электроны, его СО повышается, сам он окисляется.
Окислитель принимает электроны, его СО понижается, сам он восстанавливается.
Запоминалка: «окислитель — отнимает», «восстановитель — отдаёт, а сам окисляется».
Типичные окислителиТипичные восстановители
O2, O3, F2, Cl2, HNO3, H2SO4 (конц.), KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, соли Fe3+металлы, H2, C, CO, H2S и сульфиды, HI и иодиды, NH3, соли Fe2+, SO2 и сульфиты

Двойственность. Элемент в высшей степени окисления (S+6, N+5, Mn+7) может быть только окислителем, в низшей (S−2, N−3, I−) — только восстановителем. В промежуточной (S+4 в SO2, N+3 в NaNO2, O−1 в H2O2) — и тем и другим.

Проверь себя. Какую роль в реакциях может играть только сера в степени окисления +6: окислитель или восстановитель?

Ответ: окислитель

Метод электронного баланса

  1. Расставьте степени окисления всех элементов.
  2. Найдите элементы, которые изменили СО.
  3. Составьте схемы отдачи и приёма электронов.
  4. Найдите наименьшее общее кратное числа электронов и множители.
  5. Поставьте множители в уравнение как коэффициенты, затем уравняйте остальные атомы (водород и кислород — в последнюю очередь).

Пример (ОГЭ 20). H2S + HNO3 → S + NO + H2O

S−2 − 2e → S0 | ×3 — восстановитель (сера в H2S), окисляется
N+5 + 3e → N+2 | ×2 — окислитель (азот в HNO3), восстанавливается

НОК(2; 3) = 6. Итог: 3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + 4H2O.

Проверка по кислороду: слева 2·3 = 6, справа 2 + 4 = 6 ✔.

Пример (ЕГЭ 29). KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

Mn+7 + 5e → Mn+2 | ×2
2Cl−1 − 2e → Cl20 | ×5

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. Хлор: слева 16, справа 2 + 4 + 10 = 16 ✔. HCl здесь играет две роли: 10 молекул — восстановитель, 6 — среда (солеобразование).

В ответе обязательно укажите окислитель и восстановитель элементом в веществе: «сера в степени окисления −2 (H2S) — восстановитель». Без этого балл снижают.

Как среда меняет продукты

ОкислительКислая средаНейтральнаяЩелочная
KMnO4 (фиолетовый)Mn2+ (бесцветный)MnO2 (бурый осадок)K2MnO4 (зелёный)
K2Cr2O7 (оранжевый)Cr3+ (зелёно-фиолетовый)в щелочной среде хром(VI) существует как хромат CrO42− (жёлтый)

Кислоты-окислители. Концентрированная HNO3 с малоактивными металлами → NO2, разбавленная → NO. Концентрированная H2SO4 с медью → SO2. Водород в этих реакциях не выделяется никогда.

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

S+4 − 2e → S+6 | ×5; Mn+7 + 5e → Mn+2 | ×2. Кислая среда — марганец восстанавливается до +2, раствор обесцвечивается.

Если в схеме ЕГЭ пропущены вещества — смотрите на среду: есть H2SO4 слева — значит, справа будут сульфаты и вода; есть KOH — будет вода, а продукт восстановления перманганата — K2MnO4.

Электролиз (ЕГЭ 20)

Электролиз — ОВР под действием электрического тока. На катоде (−) идёт восстановление, на аноде (+) — окисление. В расплаве всё просто: NaCl → Na (катод) + Cl2 (анод). В водном растворе с ионами соли конкурирует вода.

Катод: катион металлаЧто выделяется
Li … Al (активные)только H2 (восстанавливается вода)
после Al до H (Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb)металл и H2 одновременно
после H (Cu, Ag, Hg, Au)только металл
Анод (инертный): анионЧто выделяется
Cl−, Br−, I−, S2−Cl2, Br2, I2, S
SO42−, NO3−, PO43−, F−O2 (окисляется вода)
RCOO− (карбоксилаты)CO2 и углеводород R–R

Пример. Раствор NaCl: 2NaCl + 2H2O → H2↑ (катод) + Cl2↑ (анод) + 2NaOH.

Раствор CuSO4: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu (катод) + O2↑ (анод) + 2H2SO4.

При электролизе растворов Na2SO4, KNO3, NaOH, H2SO4 фактически разлагается только вода: на катоде H2, на аноде O2. Соль лишь обеспечивает проводимость.
Проверь себя. Какой газ выделяется на инертном аноде при электролизе раствора сульфата натрия?

Ответ: кислород

Практика

Закрепите тему: 22 задания для ОГЭ и ЕГЭ

От простых к сложным: базовый уровень — 4, повышенный — 13, высокий — 5. Мгновенная проверка, подсказки, подробные решения и тренажёр ошибок.

Решать задания по теме Флеш-карточки