Opgave C1 på kemi EGE. Karakteristika, råd og anbefalinger.

Opgave С1 til ЕГЭ i kemi. Særpræg, råd, anbefalinger.
Forfatter af artiklen — professionel lektor O. V. Ovchinnikova.

Del С til ЕГЭ i kemi begynder med opgave С1, som forudsætter opstillelse af en redoxreaktion (allerede indeholdende nogle reaktanter og produkter). Den er formuleret således:
С1. Ved hjælp af elektronbalancemetoden opstilles reaktionsligningen. Bestem oxidator og reduktor.
Ofte mener studerende, at denne opgave ikke kræver særlig forberedelse. Men den indeholder skjulte faldgruber, der kan forhindre at få fuldt udbytte af point. Lad os gennemgå, hvad man skal være opmærksom på.

Teoretiske oplysninger.
Kaliumpermanganat som oxidator.

• reduktorer
  i sur opløsning
  i neutral opløsning
  i basisk opløsning
  (salt af den syre, som deltager i reaktionen)

Mangandioxid eller , –
Dichromat og chromation som oxidatorer.
(i sur og neutral opløsning), (i basisk opløsning) + reduktorer fremkommer altid
sur opløsning
neutral opløsning
basisk opløsning
Salte af de syrer, som deltager i reaktionen:

i opløsning eller i smelte
Oxidationsgradforøgelse af chrom og mangan.

• meget stærke oxidatorer (altid uanset medie!)
  , salte, hydroxokomplekser

• meget stærke oxidatorer: a) oxygene salte af klor (i basisk smelte) b) (i basisk opløsning)
  Basisk medie:
  der dannes chromation
  , salte

• meget stærke oxidatorer i sur opløsning eller
  Sur opløsning:
  der dannes dichromat eller dichromsyre
  — oxid, hydroxid, salte

• meget stærke oxidatorer: , oxygene salte af klor (i smelte)
  Basisk medie:
  — manganation
  — salte

• meget stærke oxidatorer i sur opløsning eller
  Sur opløsning:
  — permanganat — mangansyre
  Salpetersyre med metaller.
  — der frigives ikke hydrogen, der dannes nitrogenreduk­tionsprodukter.
  Jo mere aktivt metallet og jo lavere syrekoncentration, desto længere reduceres nitrogen

Inaktive metaller (til højre for jern) + koncentreret syre
Ikke‑metaller + koncentreret syre
Inaktive metaller (til højre for jern) + fortyndet syre
Aktive metaller (alkalimetaller, jordalkalimetaller, zink) + koncentreret syre
Aktive metaller (alkalimetaler, jordalkalimetaler, zink) + moderat fortyndet syre
Aktive metaller (alkalimetaler, jordalkalimetaler, zink) + meget fortyndet syre
Passivering: med kold koncentreret salpetersyre reagerer de ikke:
Reagerer ikke med salpetersyre ved nogen koncentration:
Svovlsyre med metaller.
— fortyndet svovlsyre reagerer som en almindelig mineral­syre med metaller til venstre i spændingsrækken, med frigivelse af hydrogen;
— ved reaktion med metaller med koncentreret svovlsyre frigives ikke hydrogen, der dannes svovlreduk­tionsprodukter.

Inaktive metaller (til højre for jern) + koncentreret syre
Ikke‑metaller + koncentreret syre
Jordalkalimetaller + koncentreret syre
Alkalimetaller og zink + koncentreret syre
Fortyndet svovlsyre opfører sig som almindelig mineralsyre (f.eks. saltsyre)
Passivering: med kold koncentreret svovlsyre reagerer de ikke:
Reagerer ikke med svovlsyre ved nogen koncentration:
Disproportionering.
Disproportionsreaktioner — reaktioner, hvor det samme grundstof både fungerer som oxidator og reduktor, samtidigt forøger og sænker sin oxidationstilstand:

Disproportionering af ikke‑metaller — svovl, fosfor, halogener (undtagen fluor).
Svovl + base → 2 salte, metal­sulfid og sulfit (reaktionen foregår ved kogning)
og
Fosfor + base → phosphin og salt hypofosfit (reaktionen foregår ved kogning)
og
Klor, brom, iod + vand (uden opvarmning) → 2 syrer,
Klor, brom, iod + base (uden opvarmning) → 2 salte, og og vand
og
Brom, iod + vand (ved opvarmning) → 2 syrer,
Klor, brom, iod + base (ved opvarmning) → 2 salte, og og vand
og
Disproportionering af kvælstofoxid (IV) og salte.

• vand → 2 syrer, salpetersyre og salpetrinsyre + base → 2 salte, nitrat og nitrit
  og

sulfid og sulfat af kalium

og

2 salte, chlorid og perchlorat

og
Aktivitet af metaller og ikke‑metaller.
Til analyse af metals aktivitet anvendes enten den elektrokemiske spændingsrække af metaller eller deres placering i det periodiske system. Jo mere aktivt metallet er, desto lettere afgiver det elektroner og desto bedre reduktor er det i redoxreaktioner.
Den elektrokemiske spændingsrække af metaller:
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au
Aktiviteten af ikke‑metaller kan også bestemmes ud fra deres placering i Mendelejevs tabel.
Husk! Kvælstof er et mere aktivt ikke‑metal end klor!
Et mere aktivt ikke‑metal bliver oxidator, og det mindre aktive vil påtage sig rollen som reduktor, hvis de reagerer med hinanden.
Række af elektronegativitet for ikke‑metaller:

stigende elektronegativitet
Særpræg ved nogle oxidatorer og reduktorer.
a) oxygene salte og syrer af klor i reaktioner med reduktorer overgår som regel til klorider:
b) hvis i reaktionen deltager stoffer, hvori det samme grundstof har både negative og positive oxidationstilstande — de mødes i oxidationstilstand nul (der frigives grundstof).
Nødvendige færdigheder.
Tildeling af oxidationstal. Det er nødvendigt at huske, at oxidationstal er et hypotetisk ladningstal for atomet (dvs. betinget, imaginært), men det må ikke krydse sund fornufts grænser. Det kan være helt, brøkdeligt eller nul.
Opgave 1: Tildel oxidationstal i stoffer:

Tildeling af oxidationstal i organiske stoffer. Husk, at vi kun er interesserede i oxidationstal for de kulstofatomer, der ændrer deres omgivelser i processen, hvorimod den samlede ladning af kulstofatomet og dets ikke‑kulstofomgivelser tages som nul.
Opgave 2: Bestem oxidationstal for de kulstofatomer, der er indrammet sammen med ikke‑kulstofomgivelser:
2‑methylbuten‑2: – =
aceton:
eddikesyre: –
Glem ikke at stille dig selv det hovedspørgsmål: hvem i denne reaktion afgiver elektroner, og hvem modtager dem, og hvad omdannes de til? For at undgå, at elektroner “kommer ud af ingenting” eller “forsvinder i ingenting.”
Eksempel:
I denne reaktion må man se, at kaliumiodid kun kan være reduktor, derfor vil kaliumnitrit modtage elektroner og sænke sin oxidationstilstand. Og under disse forhold (fortyndet opløsning) overgår kvælstof fra til den nærmeste oxidationstilstand.

Opstilling af elektronbalance er mere kompliceret, hvis formelenheden indeholder flere atomer af oxidatoren eller reduktoren. I dette tilfælde skal det tages i betragtning i halvre­aktionen ved beregning af antallet af elektroner. Det mest almindelige problem — med kaliumdichromat , når det i rollen som oxidator overgår til :

Disse to må ikke glemmes ved afstemning, da de angiver antallet af atomer af denne type i reaktionen.
Opgave 3: Hvilken koefficient skal sættes foran og foran
Opgave 4: Hvilken koefficient vil blive sat foran magnesium i reaktionsligningen?

Bestem i hvilket medie (surt, neutralt eller basisk) reaktionen foregår. Det kan gøres enten ud fra reduktionsprodukterne af mangan og chrom eller på typen af forbindelser, der dannes i højre side af reaktionen: hvis vi f.eks. ser en syre eller sur oxid i produkterne — så er det bestemt ikke basisk medie; og hvis der udfældes metalhydroxid — så er det bestemt ikke surt. Og naturligvis, hvis vi i venstre side ser metal­sulfater, og i højre — intet der minder om svovlforbindelser — syntes reaktionen at foregå i nærvær af svovlsyre.
Opgave 5: Bestem mediet og stofferne i hver reaktion:

Husk, at vand er en fri rejsende: det kan både deltage i reaktionen eller dannes.
Opgave 6: I hvilken side af reaktionen ender vand? Hvad overgår zink til?

Opgave 7: Blød og hård oxidation af alkener. Tilføj og afstem reaktionerne, efter at du forud har tildelt oxidationstal i organiske molekyler:
(kold opløsning)
(vandig opløsning)

Nogle gange kan et reaktionsprodukt kun bestemmes ved at opstille elektronbalance og forstå, hvilke partikler vi har flere af:
Opgave 8: Hvilke produkter dannes yderligere? Tilføj og afstem reaktionen:

Hvis begge stoffer kan opføre sig både som reduktor og oxidator — må man overveje hvilket af dem, der er den mere aktive oxidator. Så vil den anden være reduktor.
Opgave 11: Hvem af disse halogener er oxidator, og hvem er reduktor?

Hvis en af reaktanterne er en typisk oxidator eller reduktor — så vil den anden “følge dens vilje”: enten ved at afgive elektroner til oxidatoren eller modtage fra reduktoren.
Brintoverilte — et stof med todelt natur, i rollen som oxidator (som er mere karakteristisk) overgår den til vand, og i rollen som reduktor — overgår den til fri gasformig oxygen.
Opgave 12: Hvilken rolle spiller brintoverilte i hver reaktion?

Sekvens for tildeling af koefficienter i ligningen.
Først indsættes de koefficienter, som fremkommer fra elektronbalancen. Husk, at man kun kan fordoble eller forkorte dem samlet. Hvis et stof optræder både som medie og som oxidator (reduktor) — skal det afstemmes senere, når næsten alle koefficienter er sat. Næstsidst afstemmes hydrogen, og ilt bruges man kun til kontrol!
Opgave 13: Tilføj og afstem:

Skynd dig ikke med at tælle iltatomer! Glem ikke at multiplicere, ikke summere indekser og koefficienter. Antallet af iltatomer i venstre og højre side skal stemme overens! Hvis dette ikke sker (forudsat at du regner det rigtigt), så er der et sted en fejl.
Mulige fejl.
Tildeling af oxidationstal: kontroller hvert stof omhyggeligt. Man begår ofte fejl i følgende tilfælde:
a) oxidationstal i hydrogenforbindelser af ikke‑metaller: phosphin — oxidationstallet for fosfor er negativt;
b) i organiske stoffer — kontroller igen, om hele omgivelserne for atomet er taget i betragtning;
c) ammoniak og ammoniumsalte — i dem har kvælstof altid oxidationstal ;
d) oxygene salte og syrer af klor — i dem kan klor have oxidationstal ;
e) peroxider og overperoxider — i dem har oxygen ikke oxidationstal , sommetider , og i — endda ;
f) dobbelte oxider: — i dem har metaller to forskellige oxidationstal, normalt deltager kun én af dem i elektrontransporten.
Opgave 14: Tilføj og afstem:
Opgave 15: Tilføj og afstem:

Den frie valg af produkter uden hensyn til elektrontransport — altså f.eks. reaktionen har kun oxidator uden reduktor eller omvendt.
Eksempel: i reaktionen forsvinder frit klor ofte. Det ser ud som om, elektronerne til mangan kom fra rummet…
Fejl kemisk set: der kan ikke fremkomme et stof, som selv reagerer voldsomt med mediet!
a) i sur opløsning kan der ikke dannes metaloxid, base, ammoniak;
b) i basisk opløsning kan der ikke dannes syre eller sur oxid;
c) oxid eller især metal, som reagerer kraftigt med vand, dannes ikke i vandig opløsning.
Opgave 16: Find i reaktionerne fejlprodukter, forklar hvorfor de ikke kan dannes under disse betingelser:

Svar og løsninger til opgaver med forklaringer.
Opgave 1:

Opgave 2:
2‑methylbuten‑2: – =
aceton:
eddikesyre: –
Opgave 3:
Da molekylet af dichromat indeholder 2 chromatomer, afgiver de dobbelt så mange elektroner — dvs. 6.

Opgave 4:
Da der i molekylet er to kvælstofatomer, skal denne faktor tages i elektronbalancen — dvs. koefficienten foran magnesium skal være .

Opgave 5:
Hvis mediet er basisk, vil fosfor eksistere som kaliumfosfat.
Hvis mediet er surt, overgår phosphin til phosphorsyre.

Opgave 6:
Da zink er et amphotert metal, danner det i basisk opløsning et hydroxokompleks. Ved koefficientbalancering viser det sig, at vand skal være i venstre side af reaktionen:

Opgave 7:
To atomer i alkenmolekylet afgiver elektroner. Derfor må vi tage hensyn til det samlede antal afgivne elektroner af hele molekylet:
(kold opløsning)

Bemærk, at af de 10 kaliumioner fordeles 9 mellem de to salte, så kun én molekyle base dannes.
Opgave 8:

I balanceringen ser vi, at på 2 ioner falder 3 sulfat‑ioner. Det betyder, at ud over kaliumsulfat dannes yderligere svovlsyre (2 molekyler).
Opgave 9:
(permanganat er ikke en meget stærk oxidator i opløsning; bemærk, at vand går mod højre i balanceringen!)
(koncentreret salpetersyre er en meget stærk oxidator)
Opgave 10:
Glem ikke, at mangan modtager elektroner, mens klor må afgive dem. Klor udskilles som grundstof.

Opgave 11:
Jo højere i undergruppe halogenet står, desto mere aktiv oxidator er det, dvs. klor er oxidator i denne reaktion. Iod overgår til den mest stabile positive oxidationstilstand for det, og danner iodsyre.

Opgave 12:
(peroxid — oxidator, da reduktorrollen er mere karakteristisk for nitrit, som vil overgå til nitrat)
(peroxid — reduktor, da oxidator er permanganat)
(peroxid — oxidator, da reduktorrollen er mere karakteristisk for nitrit)
Opgave 13:

Opgave 14:
I molekylet af tre jernatomer har kun ét ladning . Det oxideres til .
Opgave 15:
Den samlede ladning af overperoxidionen er . Derfor kan den kun afgive .
Opgave 16:
(vandig opløsning)
(basisk medie)
(vandig opløsning)
(surt medie)