10. Окислительно-восстановительные реакции

Рекомендуемая литература:

Н.В. Коровин, Общая химия, гл.9, §9.1; Лекции по теме.

Н.Л. Глинка, Задачи и упражнения по общей химии, гл. VIII, §1, №№ 608-614, вопросы для самоконтроля №№ 615-618; §2, №№ 619-621, §3, примеры 1-3; §4, примеры 1,2.

Вопросы для подготовки

Окислительно-восстановительные реакции. Степени окисления: высшая, низшая, промежуточные. Важнейшие окислители и восстановители. Изменение окислительно-восстановительных свойств в соответствии с положением элемента в периодической системе. Классификация окислительно-восстановительных реакций: реакции межмолекулярные, диспропорционирования и внутримолекулярного окисления-восстановления. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций электронно-ионным способом подбора коэффициентов. Вычисление химических эквивалентов в окислительно-восстановительных реакциях.

Пример 1.

Исходя из степени окисления серы в соединениях H₂S,H₂SO₄,SO₂, сделайте вывод, какие из вышеперечисленных соединений могут быть только восстановителями, какие – только окислителями и какие проявляют окислительно-восстановительную двойственность.

Решение

Степень окисления элемента в соединении определяется как заряд, который можно приписать элементу, исходя из предположения, что все электроны каждой его связи перешли к более электроотрицательному атому.

Для вычисления степени окисления элемента в соединении следует исходить из следующих положений:

1) степени окисления элементов в простых веществах принимаются равными нулю;

2) алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, вхо­дящих в состав молекулы, равна нулю;

3) постоянную степень окисления в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы IIгруппы, цинк и кадмий (+2);

4) во­дород проявляет степень окисления +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH,CaH₂и т. п.), где его степень окисления равна –1;

5) степень окисления кислорода в со­единениях равна –2, за исключением пероксидов (–1) и фторида кислорода OF₂(+2).

Высшая (максимальная) степень окисления – состояние атома, в котором он потерял все валентные электроны и имеет наибольший возможный для него положительный заряд (т.е. не может больше отдавать электроны), численно она равна номеру группы периодической системы элементов.

Например, S⁺⁶, N⁺⁵, Si⁺⁴, Al⁺³, Na⁺, Ca⁺², Br⁺⁷.

Исключения: F⁰,O⁺²,Fe⁺⁶,Ni⁺³,Co⁺³(высшая степень окисления меньше номера группы),

Cu⁺³,Au⁺³(у этих элементов высшая степень окисления больше номера группы).

Атом, находящийся в высшей степени окисления, может быть только окислителем.

Низшая (минимальная) степень окисления –состояние атома, в котором он не может больше присоединять электроны. Для металлов это нулевая степень окисления, а для неметаллов низшая степень окисления равна номеру группы минус 8 (они имеют завершенную 8-миэлектронную оболочку).

Например, Cl^–,S^–2,N^-3,P^–3,C^–4. Исключения: Н^–1, В^–3.

В минимальной степени окисления атом может быть только восстановителем.

Степени окисления меньше высшей, но больше низшей называют промежуточными(например,S⁺⁴,N⁺³,Br⁰).

В промежуточной степени окисления элемент может проявлять окислительно-восстановительную двойственность.

Сера – элемент 3-го периода, VIгруппы, главной подгруппы. Её электронная формула₁₆S1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

В молекуле сероводорода H₂Sсера имеет минимальную степень окисления -2, поэтому может проявлять только восстановительные свойства.

В молекуле серной кислоты H₂SO₄сера имеет максимальную степень окисления +6 и может проявлять только окислительные свойства.

В молекуле оксида серы (IV) у серы промежуточная степень окисления +4, поэтомуSO₂может быть как окислителем, так и восстановителем (проявляет окислительно-восстановительную двойственность).

Пример 2.

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в схеме уравнения реакции

As₂S₃ +HNO₃ +H₂O → NO + H₂SO₄ +H₃AsO₄.

Укажите окислитель, восстановитель, продукты окисления и восстановления.

Решение

3As₂S₃ +28HNO₃ +4H₂O = 28NO + 9H₂SO₄ +6H₃AsO₄

As₂S₃ – 28 = 2As⁺⁵ + 3S⁺⁶ 3 процесс окисления

N⁺⁵+ 3=N⁺² 28 процесс восстановления

As₂S₃(As⁺³ иS^-2) – восстановитель;HNO₃ (N⁺⁵) – окислитель;H₃AsO₄ (As⁺⁵) иH₂SO₄(S⁺⁶ ) – продукты окисления,NO(N⁺²) – продукт восстановления.

Контрольные задания

Задание 10.

На основании строения атома укажите, какую роль, окислителя или восстановителя, в ОВР проявляют выделенные элементы в соединениях, указанных в таблице. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в схемах приведенных уравнений реакций, укажите окислитель, восстановитель, продукты окисления и восстановления.

№	Соединения	Схема ОВР
1	NH3, K2Cr2O7	NaIO3 + NaI + H2SO4 = I2 + Na2SO4 + H2O
2	NO2 , PbO2	Cr2O3 + KNO3 + KOH = K2CrO4 + KNO2 + H2O
3	MnO2, NaNO2	C2H2 + KMnO4 + H2SO4­ = H2C2O4­ + MnSO4 + H2O
4	PH3, KClO3	H2S +HNO3 = H2SO4 + NO + H2O
5	MnS, K2SO3	CuCl + K2Cr2O7 + HCl = CuCl2 + CrCl3 + H2O
6	KI, H2SO4(К)	Fe(OH)2 + NO2 +H2O = Fe(OH)3 + NO
7	H2O2, H3AsO4	KMnO4 + SO2 + H2O = MnO2 + K2SO4
8	HI, НNO3	C2H4 + KMnO4 + H2SO4­ = C2 H4O2­ + MnSO4 + H2O
9	Na2S, K2MnO4	NaClO + KI+ H2SO4= I2 + NaCl + K2SO4+ H2O
10	H2O2, H2SO4(p)	SO2 + HNO3 + H2O = NO + H2SO4­
11	CuS, Na3AsO3	C2H2 + KMnO4 + KOH­ = K2C2O2 + K2MnO4 + H2O
12	SO2, K2CrO4	FeSO4 + KMnO4 + H2SO4­ = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4+ H2O
13	HCl, Ca(ClO )2	КI + H2SO4(к) = I2 + S + K2SO4+ H2O
14	Na2O2, KClO3	Na2­S + К2Cr2O7 + Н2SO4 = Cr2(SO4)3 + S + Na2SO4+ K2SO4+ H2O
15	MnO2, FeSO4	PH3 + KMnO4 + H2SO4­ = H3PO4­ + MnSO4 + K2SO4+ H2O