Номер 5, страница 142 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

5. Сопоставьте окислительную и восстановительную способность:

а) атома алюминия и иона $Al^{3+}$;

б) атома железа и иона $Fe^{2+}$;

в) атома серы и сульфид-иона;

г) атома серы $S^0$ и атома серы в составе кислотного остатка $SO_4^{2-}$.

Для сопоставления окислительно-восстановительной способности необходимо определить степень окисления элемента в каждом случае и его возможность принимать или отдавать электроны. Восстановители отдают электроны (их степень окисления повышается), а окислители принимают электроны (их степень окисления понижается).

а) атома алюминия и иона Al³⁺

Атом алюминия ($Al^0$) — простое вещество, металл. Степень окисления равна 0. Алюминий, как типичный металл, склонен отдавать свои 3 валентных электрона, проявляя восстановительные свойства: $Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$. Принимать электроны атому алюминия энергетически невыгодно, поэтому окислительные свойства у него практически отсутствуют.

Ион алюминия ($Al^{3+}$) имеет степень окисления +3, что является для алюминия высшей и единственно возможной положительной степенью окисления. Он уже отдал все свои валентные электроны, поэтому отдавать их дальше не может и восстановительные свойства не проявляет. Однако он может принимать электроны, восстанавливаясь до металлического алюминия, и, следовательно, является окислителем: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al^0$.

Сравнение: восстановительная способность атома алюминия несравненно выше, чем у иона. Окислительная способность, наоборот, характерна для иона $Al^{3+}$, а не для атома.

Ответ: Атом алюминия ($Al^0$) является восстановителем, а ион $Al^{3+}$ — окислителем. Восстановительные свойства у атома алюминия выражены сильнее, а окислительные — у иона $Al^{3+}$.

б) атома железа и иона Fe²⁺

Атом железа ($Fe^0$) — простое вещество, металл. Степень окисления 0. Как и все металлы, железо легко отдает электроны, являясь восстановителем: $Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$.

Ион железа ($Fe^{2+}$) имеет степень окисления +2, которая для железа является промежуточной (возможны также 0, +3). Поэтому ион $Fe^{2+}$ проявляет двойственные окислительно-восстановительные свойства. Он может отдавать электрон и окисляться до $Fe^{3+}$, выступая в роли восстановителя ($Fe^{2+} - 1e^- \rightarrow Fe^{3+}$), а также может принимать электроны и восстанавливаться до $Fe^0$, выступая в роли окислителя ($Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe^0$).

Сравнение: атому $Fe^0$ легче отдать электроны, чем положительно заряженному иону $Fe^{2+}$, поэтому $Fe^0$ — более сильный восстановитель. Положительно заряженный ион $Fe^{2+}$ легче принимает электроны, чем нейтральный атом, поэтому $Fe^{2+}$ — более сильный окислитель.

Ответ: Атом железа ($Fe^0$) проявляет только восстановительные свойства. Ион $Fe^{2+}$ проявляет и окислительные, и восстановительные свойства. Восстановительная способность выше у $Fe^0$, а окислительная — у $Fe^{2+}$.

в) атома серы и сульфид-иона

Атом серы ($S^0$) — простое вещество, неметалл. Степень окисления 0. Это промежуточная степень окисления для серы (от -2 до +6). Поэтому атом серы проявляет двойственные свойства. Он может принимать электроны, являясь окислителем ($S^0 + 2e^- \rightarrow S^{2-}$), а также может отдавать электроны, являясь восстановителем ($S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$).

Сульфид-ион ($S^{2-}$) имеет степень окисления -2. Это низшая степень окисления для серы. Ион $S^{2-}$ не может больше принимать электроны, поэтому окислительные свойства не проявляет. Он может только отдавать электроны, являясь восстановителем: $S^{2-} - 2e^- \rightarrow S^0$.

Сравнение: ион $S^{2-}$ имеет избыток электронов (отрицательный заряд), поэтому он отдает их гораздо легче, чем нейтральный атом $S^0$, и является более сильным восстановителем. Атом $S^0$ может принимать электроны, а ион $S^{2-}$ — нет, поэтому $S^0$ является окислителем в этой паре.

Ответ: Атом серы ($S^0$) проявляет и окислительные, и восстановительные свойства. Сульфид-ион ($S^{2-}$) проявляет только восстановительные свойства. Восстановительная способность выше у $S^{2-}$, а окислительная — у $S^0$.

г) атома серы S⁰ и атома серы в составе кислотного остатка SO₄²⁻

Атом серы ($S^0$), как было рассмотрено в пункте (в), имеет степень окисления 0 и проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

Атом серы в сульфат-ионе ($SO_4^{2-}$). Определим степень окисления серы. Пусть она равна $x$. Степень окисления кислорода -2. Суммарный заряд иона -2. Составим уравнение: $x + 4 \cdot (-2) = -2$, откуда $x = +6$. Степень окисления серы +6 является для нее высшей. Атом серы в этой степени окисления уже отдал все свои валентные электроны и больше отдавать не может, поэтому он не проявляет восстановительных свойств. Он может только принимать электроны, являясь сильным окислителем: $S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$.

Сравнение: $S^0$ может быть восстановителем, а сера в степени окисления +6 — нет. Атом $S^{+6}$ имеет гораздо больший дефицит электронов, чем $S^0$, и поэтому является значительно более сильным окислителем.

Ответ: Атом серы ($S^0$) проявляет и окислительные, и восстановительные свойства. Атом серы в составе иона $SO_4^{2-}$ ($S^{+6}$) проявляет только сильные окислительные свойства. Восстановительные свойства есть только у $S^0$, а окислительные свойства значительно сильнее у серы в составе иона $SO_4^{2-}$.