Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Под степенью окисления (n) понимают тот условный заряд атома, который вычисляется исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. Иными словами: степень окисления - это тот условный заряд, который приобрел бы атом элемента, если предположить, что он принял или отдал то или иное число электронов.
Окисление-восстановление - это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление - к ее понижению у окислителя.
Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях; окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает. При этомне имеетзначения, переходят ли электроны от одного атома к другому полностью и образуются ионные связи или электроны только оттягиваются к более электроотрицательному атому и возникает полярная связь. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.
Атом того или иного элемента в своей высшейстепениокисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства, а в своейнизшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом же элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
N +5 (HNO3) S +6 (H2SO4) проявляют только окислительные свойства
N +4 (NO2) S +4 (SO2)
N +3 (HNO2) проявляют окислительные и
N +2 (NO) S +2 (SO) восстановительные свойства
N +1 (N2O)
N 0 (N2) S 0 (S2, S8)
N –1 (NH2OH) S –1 (H2S2)
N –3 (NH3) S –2 (H2S) проявляют только восстановительные свойства
При окислительно-восстановительных реакциях валентность атомов может и не меняться. Например, в окислительно-восстановительной реакции
Н20 + Сl20 = 2 H+Cl - валентность атомов водорода и хлора до и после реакции равна единице. Изменилась их степень окисления. Валентность определяет число связей, образованных данным атомом, и поэтому знака не имеет. Степень же окисления имеет знак плюс или минус.
Пример Составьте уравнения окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:
Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:
восстановитель 5 Р +3 -2ē = Р +5 процесс окисления
окислитель 2 Мn +7 +5 ē = Мn +2 процесс восстановления
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции имеет вид:
2 КМnO4 + 5 Н3РО3 + 3 Н2SO4 = 2 МnSO4 + 5 Н3PO4 + К2SO4 + 3 H2O.
КМnO4 – окислитель; Н3РО3 – восстановитель.
8.1 Контрольные вопросы
141-160. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Укажите процессы окисления и восстановления, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем. Сколько граммов окислителя требуется для окисления 10 граммов восстановления?
141. КВr + КBrО3 + Н2SO4 ® Br2 + K2SO4 + H2O;
142. Р + НIO3 + Н2O ® H3PO4 + HI;
143. Na2SO3 + KMnO4 + H2O ® Na2SO4 + MnO2 + KOH;
144. PbS + HNO3 ® S + Pb(NO3)2 + NO + H2O;
145. KMnO4 + Na2SO3 + KOH ® K2MnO4 + Na2SO4 + H2O;
146. Cu2O + HNO3 ® Cu(NO3)2 + NO + H2O;
147. HNO3 + Ca ® NH4NO3 + Ca(NO3)2 + H2O;
148. NaCrO2 + PbO2 + NaOH ® Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O;
149. K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 ® S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
150. Р + НС1O3 + Н2O ® Н3РO4 + НС1;
151. Н3AsO3 + КМnO4 + H2SO4 ® Н3АsO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
152. NaCrO2 + Br2 + NaOH ® Na2CrO4 + NaBr + H2O;
153. HNO3 + Zn ® N2O + Zn(NO3)2 + H2O;
154. FeSO4 + KClO3 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + KCl + H2O;
155. KMnO4 + KNO2 + H2SO4 ® MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O;
156. Cd + KMnO4 + H2SO4 ® CdSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
157. Cr2O3 + KClO3 + KOH ® K2CrO4 + KCl + H2O;
158. FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
159. K2Cr2O7 + H3PO3 + H2SO4 ® Cr2(SO4)3 + H3PO4 + K2SO4 + H2O;
160. MnSO4 + PbO2 + HNO3 ® HMnO4 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O.
