Условие задачи

Укажите формулы веществ, которые в химических реакциях могут быть только окислителями, только восстановителями, а также проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства: а) F2; б) Ca; в) HNO3; г) P; д) SO2. Приведите аргументы.

Решение

Ниже приведён подробный анализ задачи по химии (окислительно-восстановительные реакции) с обоснованием, почему каждое из веществ проявляет только одну из функций или может действовать и как восстановитель, и как окислитель.

Исходные вещества и их обозначения:
a) F₂
b) Ca
c) HNO₃
d) P
e) SO₂

Мы будем рассматривать окислитель – ту субстанцию, которая принимает электроны (само вещество восстанавливается), и восстановитель – ту, которая отдает электроны (само вещество окисляется). При этом элемент в элементарном состоянии (окислительное число 0) может в принципе «идти» в обе стороны, если позволяет его электроотрицательность, энергетика и особенности реакционной системы.

1. F₂
Фтор (F₂) имеет самое высокое значение электроотрицательности во всей периодической системе (электроотрицательность ≈ 4,0). Это означает, что атомы фтора очень охотно принимают электроны, превращаясь в ион F⁻ с окислительным числом –1. Фтор никогда не отдаёт электроны (то есть не действует как восстановитель), поскольку даже в элементарном состоянии его потенциал восстановления крайне положительный.
Вывод: F₂ может выступать только как окислитель.

2. Ca
Кальций – металл, характеризующийся низкой электроотрицательностью. Он легко отдает два электрона, превращаясь в ион Ca²⁺ с окислительным числом +2. Металлы щелочно-земельной группы всегда проявляют выраженные восстановительные свойства и не могут функционировать как окислители.
Вывод: Ca может быть только восстановителем.

3. HNO₃
Азот в молекуле азотной кислоты HNO₃ имеет наивысшее возможное для азота окислительное число +5. Это означает, что дополнительно он уже не может принимать электроны (то есть восстанавливаться – окислитель всегда остаётся окислителем в этой сфере реакций). В химических реакциях HNO₃ обычно проявляет сильные окислительные свойства, приводя к образованию NO₂, NO или даже N₂O в зависимости от условий.
Вывод: HNO₃ действует только как окислитель.

4. P
Фосфор в элементарном состоянии имеет окислительное число 0. Он обладает способностью как отдавать электроны (окисляться до P(III) или P(V), например, в PCl₃ или в H₃PO₄), так и принимать электроны (в редких случаях его можно восстановить до вещества с отрицательным значением, например, в PH₃, где фосфор имеет степень –III). Такая возможность изменения степени окисления делает фосфор способным проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от условий реакции.
Вывод: P является веществом, способным действовать и как окислитель, и как восстановитель.

5. SO₂
Диоксид серы имеет серу в степени окисления +4. Эта величина позволяет сере как повышаться до степени +6 (например, при окислении до сульфатов SO₄²⁻), так и понижаться до степени 0 (или даже ниже, например, при восстановлении до H₂S, где сера имеет –II). Таким образом, SO₂ может играть роль окислителя, если его окисляют до сульфата, и роль восстановителя, если его восстанавливают до элементарной серы или гидросульфида.
Вывод: SO₂ обладает амфотерными (и окислительными, и восстановительными) свойствами.

Подытожим:

• Только окислители: F₂ и HNO₃.
Аргумент: F₂ имеет наивысшую электроотрицательность, а азот в HNO₃ уже находится в максимальной степени окисления (+5) и не может принимать электроны.

• Только восстановитель: Ca.
Аргумент: Металлы (кальций – щелочно-земельный металл) легко отдают электроны, превращаясь в ионы Ca²⁺, и не могут принимать электроны для более отрицательных степеней окисления.

• Вещества, проявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства: P и SO₂.
Аргумент: И P, и SO₂ находятся в промежуточных степенях окисления, что позволяет им как отдавать электроны (окисляться), так и принимать электроны (восстанавливаться) в зависимости от условий реакции.

Таким образом, окончательный ответ:

a) F₂ – только окислитель,
b) Ca – только восстановитель,
c) HNO₃ – только окислитель,
d) P – может выступать как окислитель, так и восстановитель,
e) SO₂ – может выступать как окислитель, так и восстановитель.