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.
Решение
Ниже привожу подробное решение задачи с разъяснением, основываясь на закономерностях окислительно-восстановительных реакций в химии.
Общий принцип таков. При переходе в свободном состоянии или в составе простых веществ элементы имеют определённую «исходную» степень окисления (для чистых веществ она равна 0). Если элемент в соединении находится в своей максимальной (для данного элемента) положительной степени окисления, то он может принять электроны (то есть — быть окислителем), но не отдавать их; если же степень окисления минимальна, то он склонен отдавать электроны (то есть — быть восстановителем). Если же элемент имеет промежуточное значение, то в зависимости от условий он может как отдать, так и принять электроны (амфотерное поведение в пересечении и окислительной, и восстановительной роли).
Разберём по каждому веществу задачу:
─────────────────────────────
1. F₂
─────────────────────────────
Во фторе атомы находятся в элементарной форме, каждому атому присвоена степень окисления 0. Однако фтор — самый электроотрицательный элемент, и при участии в реакциях он практически всегда переходит в степень –1, так что F₂ способен лишь принимать электроны. Это означает, что фтор может выступать только как окислитель (принятие электронов приводит к его восстановлению, а другой реагент окисляется).
Ответ: F₂ – только окислитель.
─────────────────────────────
2. Ca
─────────────────────────────
Кальций в элементарной форме (Ca) имеет степень окисления 0, но будучи представителем щёлочноземельных металлов, он легко отдаёт электроны, переходя в стадию Ca²⁺ (степень окисления +2). Металлы подобных групп практически никогда не принимают электроны, поэтому кальций действует исключительно как восстановитель (отдаёт электроны, окисляясь сам).
Ответ: Ca – только восстановитель.
─────────────────────────────
3. HNO₃
─────────────────────────────
В nitric acid (азотной кислоте) атом азота имеет степень окисления +5 – максимально возможное для азота (при условии, что кислород всегда −2). Поэтому азотная кислота не может быть «дальше» окислена и, напротив, способна принимать электроны (самона восстановиться) при окислении других веществ. Таким образом, HNO₃ является сильным окислителем и не проявляет восстановительных свойств.
Ответ: HNO₃ – только окислитель.
─────────────────────────────
4. P
─────────────────────────────
Фосфор в элементарном состоянии (P, чаще всего имеется в виде молекулярного агрегата, например, P₄) имеет степень окисления 0. В зависимости от реакционных условий фосфор может быть окислен (например, при взаимодействии с кислотами или окислителями, где P переходит в соединения с P(III) или P(V)) или, наоборот, восстановлён – в редких случаях реакций с очень активными восстановителями возможно снижение степени окисления фосфора (образование фосфидов, где фосфор имеет отрицательную степень окисления). Таким образом, P может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
Ответ: P – проявляет амфипротерное (окомплексное) поведение, может действовать как окислитель, так и восстановитель.
─────────────────────────────
5. SO₂
─────────────────────────────
В диоксиде серы атом серы имеет степень окисления +4. Это промежуточное значение, так как серу можно окислить до состояния +6 (в SO₃ или в сульфатах) или восстановить до элементарного состояния (0) или даже до –2 (в сульфидах). Из-за промежуточного положения SO₂ в ряду окислительно-восстановительных способностей может вести себя как окислитель (при переходе серы от +4 к +6) или как восстановитель (при переходе от +4 к 0 или –2) – всё зависит от реагентов и условий реакции.
Ответ: SO₂ – способен как к окислению, так и к восстановлению.
─────────────────────────────
Итоговое распределение:
• Только окислителями являются: F₂ и HNO₃.
• Только восстановителем является: Ca.
• Окислительные и восстановительные свойства (амфипротерное поведение) проявляют: P и SO₂.
─────────────────────────────
Таким образом, решение задачи основано на анализе степеней окисления элементов и определении, может ли вещество только принимать электроны (окислитель), только отдавать их (восстановитель) или же в зависимости от условий как отдавать, так и принимать электроны.