Теоретическое введение. Окислительно-восстановительныминазываются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся повышением степени окисления элемента. Восстановление – процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления элемента.

Окисление и восстановление – взаимосвязанные процессы, протекающие одновременно.

Окислителями называются вещества (атомы, ионы или молекулы), которые в процессе реакции присоединяют электроны, восстановителями – вещества, отдающие электроны. Окислителями могут быть атомы галогенов и кислород, положительно заряженные ионы металлов (Fe³⁺, Au³⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Ag⁺), сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла в высшей степени окисления (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, NaBiO₃ и др.), атомы неметаллов в положительной степени окисления (HNO₃, концентрированная H₂SO₄, HClO, HClO₃, KClO₃, NaBrO и др.).

Типичными восстановителями являются почти все металлы и некоторые неметаллы (углерод, водород) в свободном состоянии, отрицательно заряженные ионы неметаллов (S²⁻, I^‾, Br^‾, Cl^‾ и др.), положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления (Sn²⁺, Fe²⁺, Cr²⁺, Mn²⁺, Cu⁺ и др.).

Соединения, содержащие элементы в максимальной или минимальной степенях окисления, могут быть соответственно или только окислителями (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃, H₂SO₄, PbO₂), или только восстановителями (KI, Na₂S, NH₃). Если же вещество содержит элемент в промежуточной степени окисления, то в зависимости от условий проведения реакции, оно может быть либо окислителем, либо восстановителем. Например, нитрит калия KNO₂, содержащий азот в степени окисления +3, пероксид водорода H₂O₂, содержащий кислород в степени окисления -1, в присутствии сильных окислителей проявляют восстановительные свойства, а при взаимодействии с активными восстановителями являются окислителями.

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1. Написать формулы исходных веществ. Определить степень окисления элементов, которые могут ее изменить, найти окислитель и восстановитель. Написать продукты реакции.

2. Составить уравнения процессов окисления и восстановления. Подобрать множители (основные коэффициенты) так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении.

3. Расставить коэффициенты в уравнении реакции.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 3H₂S^-2 + 4H₂SO₄ = Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 3S⁰ + K₂SO₄ + 7H₂O

ок-ль восст-ль среда

2Cr⁺⁶ + 6ē → 2Cr⁺³ ½1 − восстановление

Характер многих окислительно-восстановительных реакций зависит от среды, в которой они протекают. Для создания кислой среды чаще всего используют разбавленную серную кислоту, для создания щелочной – растворы гидроксидов натрия или калия.

Различают три типа ОВР: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в составе разных веществ. Рассмотренная выше реакция относится к этому типу. К внутримолекулярным относятся реакции, в которых атомы окислителя и восстановителя находятся в одном и том же веществе.

2KCl⁺⁵O₃⁻² = 2KCl⁻¹ + 3O₂⁰

ок-ль в-ль

Сl⁺⁵ + 6ē → Cl⁻ ½2 − восстановление

2O⁻² – 4ē → O₂⁰ ½3 − окисление

В реакциях диспропорционирования ( самоокисления-самовосстановления) молекулы одного и того же вещества реагируют друг с другом как окислитель и как восстановитель.

3K₂Mn⁺⁶O₄ + 2H₂O = 2KMn⁺⁷O₄ + Mn⁺⁴O₂ + 4KOH

ок-ль

в-ль

Mn⁺⁶ – ē → Mn⁺⁷ ½ 2 −окисление

Mn⁺⁶ + 2ē → Mn⁺⁴ ½ 1 −восстановление