ОКИСЛИТЕЛЬНО - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Основные понятия

Окислительно-восстановительными (ОВР) называют реакции, проходящие с изменением степени окисления элементов за счет перехода электронов от одних частиц к другим.

Степень окисленияатома – его условный заряд, который вычисляют, исходя из предположения, что молекулы состоят только из ионов. Степень окисления атомов элементов в простых веществах равна нулю, кислорода в большинстве соединений - (–2) , водорода и щелочных металлов - (+1). Высшая степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы, в которой расположен элемент в Периодической системе Д.И.Менделеева. Низшая степень окислениядля атомов металлов равна нулю, для атомов неметаллов – суммарному заряду электронов, необходимых для достройки последнего энергетического подуровня. В формулах степень окисления при необходимости показывают арабской цифрой над символом элемента, например .

Пример. Определить степень окисления марганца в соединениях: MnO2, K2MnO4 , KMnO4 .

Решение. Составляем простейшие алгебраические уравнения, обозначив

степень окисления марганца за .

Формула соединения   Алгебраическое уравнение Степень окисления
MnO2
K2MnO4
KMnO4

· Процесс отдачи электронов называют окислением. Частицы, отдающие электроны, называют восстановителями (Red). Окисление повышает степень окисления атомов восстановителя. Только восстановительные свойства проявляют металлы, а также атомы элементов в низшей степени окисления.

· Процесс присоединения электронов называют восстановлением. Частицы, присоединяющие электроны, называют окислителями (Ох). Восстановление приводит к понижению степени окисления атомов окислителя. Только окислительные свойства проявляют кислород, фтор, а также атомы элементов в высшей степени окисления.

Атомы элементов, имеющие промежуточную степень окисления, а также неметаллы (кроме кислорода и фтора) могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например:

· проявляют только окислительные свойства - , ;

· только восстановительные свойства - , ;

· и окислительные, и восстановительные свойства - , .

Составление уравнений ОВР

Для составления уравнений ОВР применяют различные методы, например, для реакций, происходящих в водных растворах (в этой работе рассмотрены в основном такие), - метод электронно-ионных полуреакций. При использовании этого метода необходимо:

· применять правила написания ионных уравнений;

· соблюдать материальный баланс (число атомов химического элемента в левой и правой частях уравнений должно быть одинаковым);

· соблюдать баланс электронов (число электронов, отданных восстано-вителем и принятых окислителем должно быть одинаковым).

При составлении уравнений полуреакций окисления и восстановления необходимо учитывать среду и возможность участия в реакции молекул воды или других ионов. Для уравнивания числа атомов кислорода (наиболее часто встречающийся случай) можно воспользоваться табл. 3, в которой «избыточный» атом кислорода в составе сложной частицы обозначен «O2 »:

 

 

Таблица 3

Процесс Среда в окислительно – восстановительных реакциях
кислая щелочная нейтральная
Связывание «O2»: (NO3® NO2) «O2»:+ 2H+ = H2O «O2»: + H2O = 2OH «O2» + H2O =2OH
Введение «O2» (SO32— ® SO42—) H2O = «O2»:+ 2H+ 2OH = «O2» + H2O H2O = «O2» + 2H+

 

Алгоритм расчета коэффициентов и написания ОВР рассмотрим на примере составления уравнения реакции с заданными в ионной форме продуктами. Схема ОВР:

+ + KOH ® + Cl

Ох Red

· Рассчитываем степени окисления элементов (указаны на схеме), определяем окислитель и его восстановленную форму (СlO3 ® Cl), восстановитель и его окисленную форму (Cr2O3 ® CrO42).

· Делим реакцию на две полуреакции – полуреакцию окисления и полуреакцию восстановления, т.е. записываем отдельно выделенные пары. Уравниваем в левой и правой частях каждой полуреакции число атомов элемента, отличающегося от кислорода и водорода (Cr):

Cr2O3 ® 2CrO42—

ClO3 ® Cl

· При необходимости уравниваем число атомов кислорода (табл.3) и водорода с учётом того, что задана щелочная среда (в исходных веществах присутствует щёлочь КОН):

Cr2O3 + 10OH ® 2CrO42— + 5H2O

ClO3 + 3H2O ® Cl+ 2OH

· По изменению степени окисления атомов элементов подсчитываем число отданных и принятых электронов и дописываем их со знаком (+) или (-) в левую часть уравнений полуреакций:

Cr2O3 - 6 + 10OH ® 2CrO42— + 5H2O

ClO3 + 6 + 3H2O ® Cl + 6OH

· Проверяем равенство суммарного заряда ионов и электронов в левой и правой частях уравнений полуреакции:

• первая полуреакция (окисления)

;

слева справа

• вторая полуреакция (восстановления)

слева справа

Затем уравниваем число отданных и принятых электронов (ставим наименьшие кратные множители перед уравнениями полуреакций), суммируем уравнения, умножив каждое слагаемое на соответствующий коэффициент:

1 Cr2O3 - 6 + 10(OH)- = 2CrO42— + 5H2O

1 ClO3 + 6 + 3H2O = Cl + 6OH

Cr2O3 + ClO3+ 10(OH) + 3H2O = 2CrO42— + Cl- + 5H2O + 6(OH)

· Приводим подобные члены в суммарном уравнении и по полученному ионному уравнению, где стоят все основные коэффициенты,

Cr2O3 + ClO3+ 4(OH) = 2CrO42—+ Cl+ 2H2O,

К+ ++ К+

дописываем молекулярное уравнение:

Cr2O3 + KClO3 + 4KOH = 2K2CrO4 + KCl + 2H2O.

Соблюдая электронейтральность молекул, составляем формулы продуктов реакции подбором для каждого иона противоположно заряженных ионов – противоионов, включая и те, которые не показаны в ионном уравнении (в данной реакции это ионы K+, они указаны под ионным уравнением для каждого из ионов снизу от черты).

Аналогично составляют ОВР в других средах, например в кислой среде:

+ + H2SO4 ® + Mn2+.

5 H3AsO3 - 2 + H2O = H3AsO4 + 2H+

2 MnO4 + 5 + 8H+ = Mn2+ + 4H2O

 
 


5H3AsO3 + 5H2O + 2MnO4 + 16H+ = 5H3AsO4 + 10H+ + 2Mn2+ + 8H2O

5H3AsO3 + 2MnO4 + 6H+ = 5H3AsO4 + 2Mn2+ + 3H2O

+ 3SO42— 2SO42— SO42—+

5H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 = 5H3AsO4 + 2MnSO4 + 3H2O + K2SO4