В данной статье представлен пример решения задачи №29 ЕГЭ по химии с подробными пояснениями
Задача №29 – это задание на составление уравнения окислительно-восстановительной реакции, в которой исходные вещества неизвестны: их нужно выбрать из предложенного перечня веществ, что значительно усложняет задачу.
Для выполнения этой задачи нужно уметь:
– находить степени окисления элементов в веществах;
– определять окислительно-восстановительные способности веществ, то есть какие вещества могут быть окислителями, какие – восстановителями, какие – и тем и другим;
– сразу отсеивать вещества, которые вообще не могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях;
– определять какие продукты могут получиться в окислительно-восстановительной реакции;
– составлять уравнения электронного баланса.
Все окислительно-восстановительные реакции знать наизусть нереально, но обладая небольшими базовыми знаниями об окислительно-восстановительных свойствах веществ и подключая в нужный момент логику, можно легко справиться с этим заданием.
Давайте сделаем это на примере задачи вот с таким условием:
«Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: сульфит калия, дихромат калия, серная кислота, гидроксид хрома (III), нитрат цинка, сульфат кальция. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня выберите две соли, между которыми в кислой среде может протекать окислительно-восстановительная реакция. В ответе запишите уравнение окислительно-восстановительной реакции с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.»
Решение:
Поскольку в условии задачи есть подсказка, что исходные вещества – это две соли, то сначала выбираем из предложенного перечня веществ все вещества, относящиеся к классу солей. Это сульфит калия K2SO3, дихромат калия K2Cr2O7, нитрат цинка Zn(NO3)2 и сульфат кальция CaSO4.
В общем-то для ученика, который готовился к ЕГЭ и прорешал много тренировочных заданий, должно быть очевидно, что нужно сразу отбросить нитрат цинка и сульфат кальция. Нитраты – соли азотной кислоты, в отличие от самой азотной кислоты, не проявляют окислительно-восстановительных свойств (имеется в виду – в водных растворах, а другие ситуации мы сейчас не рассматриваем). Малорастворимый сульфат кальция тоже не очень-то похож на участника окислительно-восстановительной реакции.
А вот дихромат калия и сульфит калия – это как раз те вещества, которые часто попадались в задачах на окислительно-восстановительные свойства веществ, не так ли? Вот их и выбираем в качестве основных участников нашей окислительно-восстановительной реакции.
Давайте сейчас потренируемся на примере этих веществ в определении степеней окисления. Нас интересуют степени окисления центральных атомов – серы и хрома, но чтобы их найти, сначала нужно расставить степени окисления у тех атомов, у которых они всегда одинаковы – калия и кислорода.
Калий во всех своих соединениях всегда имеет степень окисления + 1; кислород – степень окисления – 2 (за небольшими исключениями, которые не относятся к данной задаче):
Молекула вещества нейтральна: это значит, что алгебраическая сумма положительных и отрицательных степеней окисления должна быть равна нулю.
В молекуле сульфита калия три атома кислорода со степенью окисления – 2, то есть сумма отрицательных степеней окисления равна – 6. Значит, атомы калия и серы должны в сумме иметь степень окисления + 6. Два атома калия со степенью окисления + 1 каждый в сумме имеют степень окисления + 2, следовательно атом серы в сульфите калия имеет степень окисления + 4.
В молекуле дихромата калия семь атома кислорода со степенью окисления – 2, то есть сумма отрицательных степеней окисления равна – 14. Значит, атомы калия и хрома должны в сумме иметь степень окисления + 14. Два атома калия со степенью окисления + 1 каждый в сумме имеют степень окисления + 2, следовательно на долю двух атомов хрома остается + 12, а каждый отдельный атом хрома в дихромате калия имеет степень окисления + 6.
Теперь определяем, какая из данных солей является окислителем, а какая – восстановителем. Сера и хром находятся в VI группе периодической таблицы, значит их максимально возможная степень окисления + 6.
Хром в дихромате калия находится в своей высшей степени окисления, он может только присоединять электроны и понижать степень окисления (электрон – отрицательная частица, поэтому при их присоединении степень окисления элемента понижается). Значит, дихромат калия – это окислитель.
Сера в сульфите калия находится в промежуточной степени окисления, значит сульфит калия может быть и окислителем и восстановителем, но поскольку окислитель у нас уже есть, сульфит калия в данном случае будет выступать в качестве восстановителя.
Кроме дихромата калия и сульфита калия в реакции участвует серная кислота, так как в условии задания сказано, что реакция протекает в кислой среде. Вот наши исходные вещества:
Нужно определить продукты реакции. Как уже отмечалось ранее, хром будет понижать свою степень окисления. Наиболее характерная степень окисления хрома + 3, значит, в присутствии серной кислоты образуется сульфат хрома (III) Cr2(SO4)3.
Сера будет, наоборот, повышать свою степень окисления, так как она восстановитель, будет отдавать электроны, а при отдаче электронов степень окисления элемента повышается. Степень окисления серы + 4 может повыситься только до + 6, значит, очевидно, что сульфит калия в процессе окисления будет превращаться в сульфат калия:
Если еще не догадались, какой третий продукт получается в данной реакции, то внимательно посмотрите на уравнение и ответьте на вопрос – какой элемент, присутствующий в составе исходных веществ, не проявлен в продуктах реакции? Правильно, водород; нужно добавить в продукты реакции вещество, содержащее атомы водорода. Это вещество – вода, она всегда образуется в окислительно-восстановительных реакциях в кислой среде:
Составляем электронный баланс. Атомы хрома со степенью окисления + 6 превращаются в атомы хрома со степенью окисления + 3, значит происходит присоединение 3 электронов. Атомы серы со степенью окисления + 4 превращаются в атомы серы со степенью окисления + 6, значит происходит отдача 2 электронов:
Чтобы получить одинаковое количество отдаваемых и присоединяемых электронов, нужно первое уравнение умножить на 2, а второе уравнение умножить на 3:
Переходим к расстановке коэффициентов. Обратите внимание, что в молекулах и дихромата калия и сульфата хрома уже есть по 2 атома хрома, поэтому коэффициент 2 перед ними ставить не нужно. Нужно поставить коэффициент 3 перед молекулой сульфита калия:
Но не торопитесь ставить такой же коэффициент перед молекулой сульфата калия, так как не весь сульфат калия образовался при окислении сульфита. Атомы калия еще были в молекулах дихромата калия, и их тоже нужно учесть. Поэтому перед молекулой сульфата калия ставим коэффициент 4, и сейчас у нас по 8 атомов калия в левой и правой частях уравнения:
Далее считаем атомы серы в правой части уравнения – 3 атома серы в молекуле сульфата хрома и 4 атома серы в молекулах сульфата калия, итого 7 атомов серы. Значит, в левой части уравнения нужно поставить коэффициент 4 перед молекулами серной кислоты, потому что остальные 3 атома серы уже есть в сульфите калия:
И ставим коэффициент 4 перед молекулами воды, чтобы уравнять атомы водорода:
Для проверки нужно посчитать атомы кислорода. В левой части уравнения 7 атомов кислорода в молекуле дихромата калия, 3 х 3 = 9 атомов кислорода в молекулах сульфита калия и 4 х 4 = 16 атомов кислорода в молекулах серной кислоты: 7 + 9 + 16 = 32. В правой части уравнения 4 х 3 = 12 атомов кислорода в молекуле сульфата хрома, 4 х 4 = 16 атомов кислорода в молекулах сульфата калия и 4 атома кислорода в молекулах воды: 12 + 16 + 4 = 32. Баланс по кислороду сошелся, значит уравнение реакции составлено правильно!
Ответ, который должен быть записан в бланке задания ЕГЭ, выглядит следующим образом:
P.S. Если Вам понравился мой разбор задачи ЕГЭ и Вы хотите заказать столь же подробные решения других задач, пишите мне на электронную почту kkhimiya@internet.ru.
Для учеников, проживающих в моем городе (г. Прокопьевск, Кемеровская область), предлагаю репетиторство по подготовке к ЕГЭ по химии: стоимость одного урока продолжительностью 60 минут – от 700 рублей.
Рассмотрю предложения о сотрудничестве от учебных заведений и репетиторских агентств.