Какое вещество — окислитель в реакции 2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl?

Окислителя нет, это не ОВР

Химические реакции (повторение)

Что нужно знать до

Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.

Вещества: строение и классификация (повторение)

Коротко о главном

Химические реакции классифицируют по нескольким признакам сразу: по составу веществ, тепловому эффекту, изменению степеней окисления, катализатору и обратимости. В растворах электролитов реакции обмена идут, только если образуется осадок, газ или слабый электролит, а в окислительно-восстановительных реакциях число отданных и принятых электронов всегда одинаково.

\text{отдано } e^- = \text{принято } e^-

Подробное объяснение

Ржавеет гвоздь, гасят известь, шипит сода в уксусе — это химические реакции: из одних веществ получаются другие. А вот лёд, который тает, или пар над чайником — физические явления: вода остаётся водой. Признаки реакции — изменение цвета, осадок, газ, запах, смена окраски индикатора. Но признак лишь подсказывает: пузырьки появляются и при кипении, хотя состав воды не меняется. Масса всех веществ в реакции при этом не меняется — закон сохранения массы.

Классификация реакций

Одну и ту же реакцию описывают сразу по нескольким признакам:

по числу и составу веществ: соединения ( $\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}$ ), разложения, замещения (простое + сложное → новое простое + новое сложное), обмена (два сложных обмениваются частями; нейтрализация — частный случай);
по тепловому эффекту: экзотермические ( $$+Q$$ , теплота выделяется) и эндотермические ( $$-Q$$ );
по изменению степеней окисления: окислительно-восстановительные (ОВР) и без изменения степеней окисления;
по катализатору: каталитические и некаталитические;
по обратимости: обратимые ( $\rightleftarrows$ ) и необратимые.

Полезное правило для ОГЭ: если в реакции участвует или образуется хотя бы одно простое вещество, это ОВР. Все реакции замещения — ОВР, реакции обмена — никогда не ОВР.

Электролиты и ионные уравнения

Электролиты — кислоты, основания и соли — в растворе или расплаве распадаются на ионы. Сильные электролиты (растворимые соли, щёлочи, кислоты $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{HNO_3}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ ) распадаются почти полностью. Слабые ( $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{H_2CO_3}$ , $\mathrm{CH_3COOH}$ , гидрат аммиака) — лишь в малой доле. Долю распавшихся молекул называют степенью диссоциации; при разбавлении раствора она растёт.

Реакция ионного обмена идёт до конца, если выполняется правило Бертолле — образуется:

осадок (смотрите таблицу растворимости);
газ ( $\mathrm{CO_2}$ , $\mathrm{SO_2}$ , $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{NH_3}$ );
слабый электролит, чаще всего вода.

Ионы, которые дают такой продукт, вместе в растворе существовать не могут: $\mathrm{Ag^+}$ и $\mathrm{Cl^-}$ , $\mathrm{H^+}$ и $\mathrm{CO_3^{2-}}$ , $\mathrm{H^+}$ и $\mathrm{OH^-}$ .

Окислительно-восстановительные реакции

Окислитель принимает электроны, его степень окисления понижается — он восстанавливается. Восстановитель отдаёт электроны, его степень окисления повышается — он окисляется. Запомнить помогает шкала степеней окисления: движение вправо (к плюсу) — окисление, влево (к минусу) — восстановление.

Сильный окислитель — перманганат калия $\mathrm{KMnO_4}$ . Продукт зависит от среды: в кислой — $\mathrm{Mn^{2+}}$ (раствор обесцвечивается), в нейтральной — бурый осадок $\mathrm{MnO_2}$ , в щелочной — зелёный $\mathrm{MnO_4^{2-}}$ . От условий зависят и продукты других ОВР: хлор со щёлочью на холоде даёт хлорид и гипохлорит, при нагревании — хлорид и хлорат.

Как решать задания ОГЭ

Ионное уравнение:

Запишите молекулярное уравнение и уравняйте его.
Сильные растворимые электролиты распишите на ионы; осадки, газы, воду, слабые кислоты, оксиды и простые вещества оставьте молекулами.
Вычеркните одинаковые ионы слева и справа — получится сокращённое уравнение. Проверьте сумму зарядов слева и справа.

Электронный баланс:

Расставьте степени окисления и найдите элементы, которые их меняют.
Запишите полуреакции отдачи и приёма электронов; учтите индексы (в $\mathrm{Cl_2}$ , $\mathrm{O_2}$ , $\mathrm{N_2}$ по два атома).
Найдите наименьшее общее кратное числа электронов и множители.
Поставьте множители коэффициентами, затем уравняйте остальные атомы; водород и кислород — в последнюю очередь.
Назовите окислитель и восстановитель.

Разобранные примеры

База

Характеристика реакции по всем признакам

Условие

Дайте полную характеристику реакции синтеза аммиака: $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3 + Q}$ (катализатор — железо).

Решение

Из двух веществ получается одно — реакция соединения.
$$+Q$$ — теплота выделяется, реакция экзотермическая.
$\mathrm{\overset{0}{N} \rightarrow \overset{-3}{N}}$ , $\mathrm{\overset{0}{H} \rightarrow \overset{+1}{H}}$ — степени окисления меняются, это ОВР (реагенты — простые вещества).
Нужен катализатор — каталитическая.
Знак $\rightleftarrows$ — обратимая.

Ответ: Соединения, экзотермическая, окислительно-восстановительная, каталитическая, обратимая.

Средний

Ионные уравнения с выделением газа

Условие

Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции карбоната натрия с соляной кислотой.

Решение

\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O}

Угольная кислота неустойчива и сразу распадается на газ и воду — их пишем молекулами:

\mathrm{2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + CO_2\uparrow + H_2O}

Сокращаем ионы натрия и хлорид-ионы:

\mathrm{CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow CO_2\uparrow + H_2O}

Проверка зарядов: слева $$-2 + 2 = 0$$ , справа $$0$$ .

Ответ: CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O

Сложный

Электронный баланс с перманганатом калия

Условие

Расставьте коэффициенты в схеме $\mathrm{KMnO_4 + HCl \rightarrow KCl + MnCl_2 + Cl_2 + H_2O}$ , укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Меняют степени окисления марганец (+7 → +2, кислая среда) и хлор (−1 → 0):

\mathrm{\overset{+7}{Mn} + 5e^- \rightarrow \overset{+2}{Mn}} \quad | \times 2

\mathrm{2\overset{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cl_2}} \quad | \times 5

НОК чисел 5 и 2 — 10. Ставим 2 перед $\mathrm{KMnO_4}$ и $\mathrm{MnCl_2}$ , 5 перед $\mathrm{Cl_2}$ , затем 2 перед KCl. Хлора справа $$2 + 4 + 10 = 16$$ — значит, 16 HCl. Водорода 16 — это 8 молекул воды, кислород сходится: 8 слева и 8 справа.

\mathrm{2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2\uparrow + 8H_2O}

Окислитель — $\mathrm{KMnO_4}$ ( $\mathrm{\overset{+7}{Mn}}$ ), восстановитель — $\mathrm{HCl}$ ( $\mathrm{\overset{-1}{Cl}}$ ).

Ответ: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O; окислитель KMnO₄, восстановитель HCl

Типичные ошибки

Осадок, газ или слабый электролит расписывают на ионы

Почему неверно

$\mathrm{BaSO_4}$ , $\mathrm{CO_2}$ , $\mathrm{H_2O}$ , $\mathrm{H_2S}$ , гидрат аммиака в растворе почти не распадаются на ионы. Если написать $\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-}}$ справа, всё сократится и исчезнет сама причина реакции.

Как правильно

На ионы расписывают только сильные растворимые электролиты: растворимые соли, щёлочи, сильные кислоты. Всё остальное, включая оксиды и простые вещества, — молекулами. Сомневаетесь — смотрите таблицу растворимости.

Путают окислитель и восстановитель

Почему неверно

Слова «окислитель» и «окисляется» похожи, поэтому кажется, что окислитель и окисляется. Но это противоположные роли: окислитель отбирает электроны у другого и сам при этом восстанавливается.

Как правильно

Смотрите на степень окисления: понизилась — элемент принял электроны, вещество — окислитель; повысилась — отдал электроны, вещество — восстановитель. Окислитель восстанавливается, восстановитель окисляется.

Забывают про индекс в молекуле простого вещества

Почему неверно

В балансе пишут $\mathrm{Cl^- - 1e^- \rightarrow Cl^0}$ , а в уравнении стоит $\mathrm{Cl_2}$ — два атома. Множители получаются вдвое меньше нужного, и уравнение не сходится.

Как правильно

Сразу пишите полуреакцию на целую молекулу: $\mathrm{2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2}$ , $\mathrm{O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}}$ . После расстановки обязательно пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа.

Проверь себя

Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.

Проверь себя по всему разделу

Задачи для тренировки

От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.

База Задача 1

Определите тип реакции $\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow}$ по числу и составу веществ и по изменению степеней окисления.

Подсказка

Простое вещество реагирует со сложным. Есть ли в реакции простые вещества?

Решение

Простое вещество цинк вытесняет водород из кислоты, образуются новое простое и новое сложное вещество — это реакция замещения.

Степени окисления меняются: $\mathrm{\overset{0}{Zn} \rightarrow \overset{+2}{Zn}}$ , $\mathrm{\overset{+1}{H} \rightarrow \overset{0}{H}}$ . Значит, реакция окислительно-восстановительная (все реакции замещения — ОВР).

Ответ

Реакция замещения, окислительно-восстановительная

База Задача 2

Сколько моль ионов образуется при полной диссоциации 1 моль сульфата железа(III) $\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}$ ?

Подсказка

Запишите уравнение диссоциации и сложите коэффициенты перед ионами.

Решение

\mathrm{Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-}}

Из 1 моль соли получается 2 моль катионов и 3 моль анионов, всего $$2 + 3 = 5$$ моль ионов.

Ответ

5 моль

Средний Задача 3

Составьте молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции между растворами хлорида бария и сульфата натрия.

Подсказка

Признак реакции — выпадение белого осадка сульфата бария.

Решение

Молекулярное уравнение:

\mathrm{BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl}

Полное ионное (осадок — молекулой):

\mathrm{Ba^{2+} + 2Cl^- + 2Na^+ + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-}

Ионы $\mathrm{Na^+}$ и $\mathrm{Cl^-}$ не изменились — сокращаем их:

\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow}

Ответ

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓

Средний Задача 4

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в схеме $\mathrm{NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O}$ . Укажите окислитель и восстановитель, найдите сумму коэффициентов.

Подсказка

Азот меняет степень окисления с −3 до 0, кислород — с 0 до −2. В молекулах N₂ и O₂ по два атома.

Решение

Степени окисления: $\mathrm{\overset{-3}{N}H_3 + \overset{0}{O_2} \rightarrow \overset{0}{N_2} + H_2\overset{-2}{O}}$ .

\mathrm{2\overset{-3}{N} - 6e^- \rightarrow \overset{0}{N_2}} \quad | \times 2

\mathrm{\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}} \quad | \times 3

НОК чисел 6 и 4 равно 12, отсюда множители 2 и 3:

\mathrm{4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O}

Окислитель — $\mathrm{O_2}$ (восстанавливается), восстановитель — $\mathrm{NH_3}$ за счёт $\mathrm{\overset{-3}{N}}$ (окисляется). Сумма коэффициентов $$4 + 3 + 2 + 6 = 15$$ .

Ответ

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O; окислитель O₂, восстановитель NH₃; сумма 15

Сложный Задача 5

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса: $\mathrm{MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O}$ . Какую роль играет соляная кислота?

Подсказка

Не весь хлор меняет степень окисления — часть ионов Cl⁻ уходит в соль MnCl₂.

Решение

\mathrm{\overset{+4}{Mn} + 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Mn}} \quad | \times 1

\mathrm{2\overset{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cl_2}} \quad | \times 1

На 1 моль $\mathrm{Cl_2}$ нужно 2 моль HCl, и ещё 2 моль HCl идут на соль $\mathrm{MnCl_2}$ — всего 4 моль. Водород из 4 HCl даёт 2 молекулы воды:

\mathrm{MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O}

Окислитель — $\mathrm{MnO_2}$ . Соляная кислота играет две роли: половина её — восстановитель (хлор окисляется до $\mathrm{Cl_2}$ ), другая половина связывает марганец в соль (среда).

Ответ

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O; HCl — восстановитель и среда (солеобразование)

Сложный Задача 6

К раствору, содержащему 20,8 г хлорида бария, прилили избыток серной кислоты. Найдите массу осадка и запишите сокращённое ионное уравнение.

Подсказка

Сначала найдите количество вещества BaCl₂, по уравнению оно равно количеству осадка.

Решение

Дано

$m(\mathrm{BaCl_2}) = 20{,}8$ г
$\mathrm{H_2SO_4}$ в избытке

Найти

$m(\mathrm{BaSO_4})$

\mathrm{BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl}

Сокращённое ионное уравнение: $\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow}$ .

$M(\mathrm{BaCl_2}) = 137 + 2 \cdot 35{,}5 = 208$ г/моль, $n(\mathrm{BaCl_2}) = \dfrac{20{,}8}{208} = 0{,}1$ моль.

По уравнению $n(\mathrm{BaSO_4}) = n(\mathrm{BaCl_2}) = 0{,}1$ моль; $M(\mathrm{BaSO_4}) = 137 + 32 + 64 = 233$ г/моль.

$m(\mathrm{BaSO_4}) = 0{,}1 \cdot 233 = 23{,}3$ г.

Ответ

23,3 г; Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓

Для родителя

Как объяснить за 5 минут. Капните уксус на соду — шипит газ: это реакция обмена, и идёт она потому, что образуется газ $\mathrm{CO_2}$ (правило Бертолле). Попросите ребёнка вспомнить ещё два «повода» для реакции обмена — осадок и вода. Для ОВР подойдёт образ «электроны как монетки»: восстановитель отдаёт монетки, окислитель забирает; сколько отдано, столько и получено — на этом стоит электронный баланс.

Вопросы для проверки понимания: 1) Почему реакция $\mathrm{NaCl + KNO_3}$ в растворе не идёт? 2) Как по степеням окисления отличить окислитель от восстановителя? 3) Почему любая реакция с участием простого вещества — окислительно-восстановительная?

На что обратить внимание. В ОГЭ задания на ионные уравнения и электронный баланс дают немало баллов, а ошибки в них типовые: неуравненное молекулярное уравнение, неверные заряды ионов, осадки «на ионах». Пусть ребёнок после каждого уравнения проверяет атомы и суммы зарядов — это занимает минуту и спасает балл.

Где в учебниках

Учебник	Параграф	Упражнения
Химия. 9 класс (Габриелян, Остроумов, Сладков)	§ 40	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10