Условие задачи
Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций: а) SnCl2 с HgCl2; б) PbO2 с HClконц.
Решение
Ниже представлено подробное решение задачи по неорганической химии (о реакции окислительно-восстановительного характера).
──────────────────────────────
1. Объяснение свойств соединений
• Соединения олова(II) (например, SnCl₂) обладают выраженной восстановительной способностью, так как ион Sn²⁺ имеет электроны, образующие неподвижную пару, что делает его склонным к отдаче двух электронов и превращению в стабильный Sn⁴⁺. Таким образом, Sn²⁺ легко окисляется до Sn⁴⁺.
• Соединения свинца(IV), например, PbO₂, наоборот, обладают окислительной способностью. Свинец в степени окисления +4 неустойчив, и его редукция до более стабильного Pb²⁺ сопровождается сильным окислительным воздействием на соответствующие доноры электронов (например, хлорид-анионы).
──────────────────────────────
2. Составление электронных уравнений и уравнений реакций
А) Реакция SnCl₂ с HgCl₂
a1) Выделим полуравнения.
Окисление Sn²⁺:
Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2e⁻
Восстановление Hg²⁺:
Hg²⁺ + 2e⁻ → Hg(0)
Здесь Sn²⁺ отдает два электрона, а ион Hg²⁺ принимает два электрона, превращаясь в металлическое ртуть (Hg(0)).
a2) Записываем суммарное уравнение с учетом ионов хлорида:
Исходя из солевого состава, SnCl₂ содержит Sn²⁺ и 2 Cl⁻, а HgCl₂ – Hg²⁺ и 2 Cl⁻. При окислении Sn²⁺ до Sn⁴⁺, получается SnCl₄ в присутствии четырёх Cl⁻. Таким образом, суммарное уравнение имеет вид:
SnCl₂ + HgCl₂ → SnCl₄ + Hg
Проверка:
– Sn: 1 слева и 1 справа.
– Hg: 1 слева и 1 справа.
– Cl: 2 + 2 = 4 слева, 4 в SnCl₄ справа.
──────────────────────────────
Б) Реакция PbO₂ с концентрированной HCl
b1) Сначала составим полуравнения для восстановительного процесса свинца(IV) и окислительного процесса хлорид-ионов.
Восстановление Pb(IV) до Pb(II):
PbO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Pb²⁺ + 2H₂O
Окисление хлорид-ионов:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
При суммировании полуравнений электроны взаимно компенсируются:
PbO₂ + 4H⁺ + 2Cl⁻ → Pb²⁺ + Cl₂ + 2H₂O
b2) Так как реакция проводится с HCl, то Pb²⁺ связывается с двумя Cl⁻, образуя PbCl₂. При этом общее количество хлорид-ионов должно соответствовать количеству молекул HCl. Чтобы обеспечить поступление 4H⁺ и одновременно 2Cl⁻ для схемы полуравнения, берём 4 молекулы HCl, которые дают 4H⁺ и 4Cl⁻. Из них 2Cl⁻ используются для окисления (образование Cl₂), а оставшиеся 2Cl⁻ комбинируются с Pb²⁺ для образования PbCl₂.
Итак, итоговое уравнение реакции имеет вид:
PbO₂ + 4HCl → PbCl₂ + Cl₂ + 2H₂O
Проверка:
– Pb: 1 с каждой стороны.
– Cl: 4 слева; справа – 2 в PbCl₂ и 2 в Cl₂ (2 атома) → 2 + 2 = 4.
– H: 4 слева, 2×2 = 4 в воде.
– O: 2 слева, 2 в 2H₂O.
──────────────────────────────
3. Итог
Объясняя, можно отметить, что восстановительные свойства соединений олова(II) обусловлены склонностью Sn²⁺ отдавать 2 электрона с образованием стабильного Sn⁴⁺, а окислительные свойства PbO₂ связаны с неустойчивостью свинца в степени окисления +4, который редуцируется до устойчивого Pb²⁺. Это подтверждается составленными электронными и молекулярными уравнениями реакций.
Ответ:
а) SnCl₂ + HgCl₂ → SnCl₄ + Hg
б) PbO₂ + 4HCl → PbCl₂ + Cl₂ + 2H₂O
Таким образом, решение задачи построено на типовых методах окислительно-восстановительных реакций в неорганической химии.