ЛЕКЦИЯ №20

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (РЕДОКС - РЕАКЦИИ). ЭЛЕКТРОЛИЗ

План

1. Теория ОВР.

2. Классификация ОВР.

3. Методы составления ОВР.

4. Электролиз.

ЛЕКЦИЯ №20

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (РЕДОКС - РЕАКЦИИ). ЭЛЕКТРОЛИЗ

Редокс-реакции - реакции, при которых происходит как отдача, так и присоединение электронов и изменение степеней окисления элементов.

Окислитель - элемент, /ионы, молекулы/ принимающий электроны.

Восстановитель - элемент /ион, молекула/ отдающий электроны.

Процесс окисления - процесс отдачи электронов.

Процесс восстановления - процесс принятия электронов.

Важнейшие восстановители.

1. Нейтральные атомы металлов Fe^о , Na^о , Ca^о и т.д.

2. Отрицательно заряженные ионы неметаллов S^2-, I^- , Cl^- и т.д.

3. Положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления: Fe²⁺, Сu⁺, Sn²⁺,

Pb²⁺ и т.д.

Важнейшие окислители.

1. Нейтральные атомы и молекулы неметаллов Cl₂^о, Br₂^о, O₂^о, F₂^о, S^о и т. д.

2. Положительно заряженные ионы металлов в высшей степени окисления: Fe³⁺, Cu²⁺, Sn⁴⁺,

Pb⁴⁺.

3. Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла в состоянии высшей степени окисления:

KMn⁺⁷O₄, K₂Cr₂⁺⁶O₇, K₂Cr⁺⁶O₄, Pb⁺⁴ (CHCOO)₄, HAu⁺³Cl₄.

4. Сложные ионы и молекулы, где неметалл в высшей степени окисления: HN⁺⁵O₃, H₂S⁺⁶O₄ и т.д.

Атомы и ионы, обладающие двойственной природой.

Соединения, содержащие атомы и ионы в состоянии промежуточной степени окисления:

H₂S⁺⁴O₃, HN⁺³O₂, HCr⁺³O₂, S⁺⁴O₂, C⁺²O, N⁺²O, Fe⁺²SO₄.

Классификация окислительно-восстановительных реакций.

Обычно различают три типа окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования.

К межмолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах. Сюда же следует отнести и реакции между разными веществами, в которых атомы одного и того же элемента имеют различные степени окисления:

2H₂S^-2 + H₂S⁺⁴O₃ --> 3S⁰ + 3H₂O₂

К внутримолекулярным относятся такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе. В этом случае атом с более положительной степенью окисления окисляет атом с меньшей степенью окисления. Такими реакциями являются реакции термического разложения.

Например:

2NaN⁺⁵O₃^-2 --> 2NaN⁺³O₂⁰ + O₂

Сюда же следует отнести и разложение веществ, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:

N^-3H₄N⁺³O₂ --> N₂⁰ + 2H₂O

Протекание реакций диспропорционирования сопровождается одновременным увеличе-нием и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. При этом исходное вещество образует соединения, одно из которых содержит атомы с более высокой, а другое с более низкой степенями окисления.

Очевидно, эти реакции возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления.

Примером может служить превращение перманганата калия K₂MnO₄, в котором марганец имеет промежуточную степень окисления +6 / в примере между +7 и +4 /. Раствор этой соли имеет красивый темно-зеленый цвет /цвет иона MnO₄/, однако цвет раствора превращается в бурый. Это выпадает осадок

MnO₂ и образуется ион MnO₄^-.

Протекает реакция:

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

Раньше реакции диспропорционирования называли реакциями самоокисления-самовосстановления, сейчас это название почти не употребляется.

Методы расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях.

Расставить коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях можно двумя методами:

1. Метод электронного баланса.

Этим методом уравнивают несложные уравнения, в которых реакции протекают, как правило, между неэлектролитами.

Пример:

Zn⁰ + 2H⁺Cl^- --> Zn⁺²Cl₂^-1 + H₂⁰↑

Zn⁰ - 2ē -> Zn⁺² 2 1 восс-ль проц. окисления

2H⁺ + 2 ē -> H₂⁰ 2 1 ок-ль проц. восстановления

2. Метод полуреакций /метод электронно-ионный/.

Этим методом пользуются для расстановки коэффициентов в сложных реакциях.

Пример:

2K⁺Mn⁺⁷O₄^-2 +5Na₂⁺S^-2 +8H₂⁺S⁺⁶O₄^-2 -> K₂⁺S⁺⁶O₄^-2 +5Na₂⁺S⁺⁶O₄^-2 +2Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2 + 5S⁰+8 H₂O⁰

MnO₄^- + S^2- + 2H⁺ -> Mn²⁺ + S⁰ + H₂O⁰ /краткое ионное ур-ие/

о к-ль MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē -> Mn²⁺ + 4H₂O⁰ 2 схемы полуреакций

+7 +2 для окислителя и

восстановителя

вос-ль S^2- - 2ē --> S⁰ 5

2MnO₄^- + 16H⁺ + 5S^2- -> 2Mn²⁺ + 8H₂O⁰ +5S⁰ /суммарное уравнение/

Mr KMnO₄ 158

Э/KMnO₄/ = -------------- = ---- = 31,6

5 5

Mr Na₂S 78

Э/Na₂S/ = ---------- = --- = 39

2 2