Окислительно – восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

 

 

Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневных, вечерних и заочных форм обучения

 

Нижний Новгород 2012

Составители: А.Д. Самсонова, А.Л.Галкин, Т.В.Сазонтьева

 

УДК 54 (07)

 

Окислительно-восстановительные реакции: методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневных, вечерних и заочных форм обучения/ НГТУ им. Р.Е. Алексеева сост.: А.Д. Самсонова, А.Л.Галкин,Т.В.Сазонтьева. Н.Новгород, 2012. 36 с.

 

Предложены теоретическая часть, вопросы и задачи для домашних и практических занятий, а также описание лабораторных работ по теме «Окислительно-восстановительные реакции»

 

Научный редактор Паничева Г.А.

 

Редактор Э. Б. Абросимова

 

Подп. к печ. 10.09.2012 Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 2,25. Уч.-изд. л.. Тираж 1500 экз. Заказ

Нижегородский государственный технический университет

Типография НГТУ. 603950, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

 

© Нижегородский государственный технический

университет, им. Р.Е. Алексеева, 2012

Теоретическая часть

ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Химические реакции можно разделить на два типа. К первому относятся реакции, которые идут без изменения степени окисления атомов реагирующих веществ. В таких реакциях взаимодействие электронных оболочек у реагирующих частиц сводится к образованию общих молекулярных орбиталей. Все электроны остаются общей принадлежностью этих частиц, между которыми возникает ковалентная связь.

Ко второму типу относятся реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ. В таких реакциях столкновение частиц сопровождается переходом электронов от одного из реагентов к другому. Эти реакции получили название «ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ». В отечественной литературе часто используется сокращение ОВР, а в иностранной REDOX от латинских восстановление-окисление. Окислительно-восстановительная реакция – это единый процесс, состоящий из двух полуреакций: полуреакции окисления и полуреакции восстановления, которые идут одновременно.

Окисление – это процесс потери электронов атомом, молекулой или ионом.

Восстановление – это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Частица, отдающая свои электроны, в ходе реакции окислятся. Ее принято называть ВОССТАНОВИТЕЛЕМ (обозначим ее как ВОС):

ВОС - n → продукт окисления (окисленная форма).

Частица, которая эти электроны присоединяет, в ходе реакции восстанавливается. Ее принято называть ОКИСЛИТЕЛЕМ (обозначим ее как ОК):

ОК + n → продукт восстановления (восстановленная форма).

Например, в реакции + → +

- 2 → (полуреакция окисления)

Восстановитель окисленная форма

+2 = → (полуреакция восстановления)

Окислитель восстановленная форма

 

Окислительно-восстановительные реакции очень широко распространены в природе. К ним относятся реакции фотосинтеза у растений, дыхание живых организмов, процессы горения и коррозии металлов и многие другие.

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ

Для характеристики окислительно-восстановительной способности частиц важное значение имеет такое понятие, как степень окисления. СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ – это заряд, который мог бы возникнуть у атома в молекуле или ионе, если бы все его связи с другими атомами оказались разорваны, а общие электронные пары ушли с более электроотрицательными элементами.

В отличие от реально существующих зарядов у ионов, степень окисления показывает лишь условный заряд атома в молекуле. Она может быть отрицательной, положительной и нулевой. Например, степень окисления атомов в простых веществах равна «0» (, , , ). В химических соединениях атомы могут иметь постоянную степень окисления или переменную. У металлов главных подгрупп I, II и III групп Периодической системы в химических соединениях степень окисления, как правило, постоянна и равна соответственно Ме⁺¹, Ме⁺² и Ме⁺³ (Li⁺, Ca⁺², Al⁺³). У атома фтора всегда -1. У хлора в соединениях с металлами всегда -1. В подавляющем числе соединений кислород имеет степень окисления -2 (кроме пероксидов, где его степень окисления -1), а водород +1(кроме гидридов металлов, где его степень окисления -1).

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю, а в ионе – заряду иона. Эта взаимосвязь позволяет рассчитывать степени окисления атомов в сложных соединениях.

В молекуле серной кислоты H₂SO₄ атом водорода имеет степень окисления +1, а атом кислорода -2. Так как атомов водорода два, а атомов кислорода четыре, то мы имеем два «+» и восемь «-». До нейтральности не хватает шесть «+». Именно это число и является степенью окисления серы - . Молекула дихромата калия K₂Cr₂O₇ состоит из двух атомов калия, двух атомов хрома и семи атомов кислорода. У калия степень окисления всегда +1, у кислорода -2. Значит, мы имеем два «+» и четырнадцать «-». Оставшиеся двенадцать «+» приходятся на два атома хрома, у каждого из которых степень окисления равна +6 ().