Основные положения теории окислительно-восстановительных реакций (овр)

Окисление – процесс отдачи электронов. Вещества (атом, молекула, ион), кото­рые отдают электроны, называются восстановителями. В процессе реакция восста­новитель окисляется, а значение степени окисления повышается.

Типичными восстановителями являются:

а) металлы, водород, углерод, СО, H₂S, SО₂, H₂SO₃ и соли сернистой кислоты;

б) бескислородные кислоты: HI, НВr, НС1, H₂S;

в) соединения азота: HNO₂, NH₃, N₂H₄, NO;

г) соли, в которых степень окисления у катионов может возрастать: SnCl₂, FeSО₄, Cr₂(SO₄)₃;

д) органические соединения: спирты, альдегиды, муравьиная и щавелевая кислоты, глюкоза.

Восстановление – процесс присоединения электронов. Вещества, которые присоединяют электроны, называются окислителями. В процессе ОВР окислитель восстанавливается, значение степени окисления понижается. Типичными окислителями являются:

а) галогены, О₂, O₃, КМnО₄, соли хромовых кислот K₂Cr₂O₇ и; K₂CrO₄;

б) кислоты: HNO₃, Н₂SО_{4 конц}, НМnО₄, H₂CrO₄;

в) оксиды металлов: СuO, Ag₂O, РbO₂, CrO₃, MnO₂;

г) хлорид железа (III) FeCl₃, гипохлориты, хлораты и перхлораты.

В большинстве химических реакций процесс оттока электронов из системы отсутствует, поэтому заряд сохраняется и число электронов, отданных восстановителями, равно числу электронов, полученных окислителями. На этом принципе основаны все методы расстановки коэффициентов в ОВР.

Классификация овр

ОВР делятся на межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования.

Если восстановитель и окислитель содержатся в разных исходных веществах, то ОВР относится к реакциям межмолекулярного окисления – восстановления, например:

.

В этой реакции окислитель (Сl⁺⁵) и восстановитель (N^-3) находятся в разных веществах. Если восстановитель и окислитель содержатся в одном веществе, то ОВР относится к реакциям внутримолекулярного окисления – восстановления, например:

;

.

Реакции диспропорционирования можно рассматривать как разновидность реакции внутримолекулярного окисления-восстановления.

Если в исходном веществе атомы элемента находятся в одной степени окисления, а в продуктах реакции – в двух других (более высокой и более низкой по отношению к исходной степени, окисления), то соответствующие ОВР относятся к реакциям диспропорционирования, например:

.

Методы расстановки коэффициентов в уравнениях овр

Подбор коэффициентов в ОВР осуществляется в соответствии с правилом: количество электронов, отданных восстановителем, должно быть равно количеству электронов, полученных окислителем. На этом правиле основаны 2 метода расстановки коэффициентов: метод учета изменения степеней окисления (метод электронного баланса) и ионно-электронный метод (метод полуреакций).

1. Расстановка коэффициентов

методом электронного баланса (МЭБ)

Последовательность действий при использовании МЭБ следующая:

• выделяем атомы, элементы которых в исходных веществах и продуктах реакции изменяют степень окисления,

• составляем электронный баланс присоединения и отдачи электронов, по исходным веществам (для ОВР межмолекулярного гида), или по конечным продуктам (для ОВР внутримолекулярного типа и реакций диспропорционирования);

• находим коэффициенты, которые нужно поставить перед формулами веществ, где атомы изменили степень окисления. Для этого сначала находим наименьшее общее кратное для чисел отданных и присоединенных электронов. Соответствующие коэффициенты определяем путем деления наименьшего общего кратного на эти числа;

• расставляем найденные коэффициенты сначала перед формулами веществ, в которых атомы изменили степень окисления, а затем перед формулами оставшихся веществ;

• проверяем правильность нахождения коэффициентов. Обычно это делают по кислороду.

Рассмотрим примеры расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР по МЭБ.

Пример 1. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ +11О₂ 2Fe₂O₃+8SO_2.

Пример 2. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Марганец в КМnO₄ находится в высшей степени окисления (+7), значит, КМnO₄ – окислитель. Продукты его восстановления зависят от кислотности среды, что можно показать схемой:

.

В данном примере реакция идет в кислой среде, значит, продукт восстановления перманганата калия – ион Мn²⁺. Восстановителем будет ион Fe²⁺, который окисляется до Fe³⁺:

.

Основными коэффициентами уравнения будут 1 и 5, но в результате реакции образуется соль Fe₂(SO4)₃, которая содержит два иона Fe (III), поэтому основные коэффициенты нужно удвоить. Подставляем эти коэффициенты сначала в левую, а потом в правую часть схемы реакция, далее подбираем остальные коэффициенты:

.

Пример 3. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Данная реакция относится к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления.

Определяем элементы, атомы которых изменили степень окисления. В данном случае это азот и кислород.

Записываем электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

Основными коэффициентами уравнения будут (1) и (4), но вступает в реакцию соль Fe(NО₃)₃, которая содержит три атома N⁺⁵, поэтому основные коэффициенты нужно утроить. Подставляем эти коэффициенты (12) и (3) сначала в левую часть.

Конечное уравнение этой реакции:

.

Пример 4. Расставьте коэффициенты в схемах ОВР с участием пероксида водорода.

В молекуле Н₂О₂ атомы кислорода имеют степень окисления (–1), которая является промежуточной между наиболее характерными для кислорода значениями (–2) и (0). Поэтому пероксид водорода в разных условиях может быть как окислителем, так и восстановителем.

Уравнения соответствующих реакций окисления-восстановления с участием Н₂О₂ записываем так:

Н₂О₂-окислитель

Н₂О₂-восстановитель