3.2. Зміст теми

Окисно-відновними реакціями називають реакції, в яких відбувається зміна ступеня окиснення елементів, що входять до складу реагуючих речовин.

Оскільки зміна ступеня окиснення атома відбувається тільки внаслідок приєднання або віддачі електронів, то окисно-відновними реакціями можна вважати ті, в яких відбувається перехід електронів від одних атомів

до інших.

Атоми, молекули або йони, що віддають електрони, окиснюються та називаються відновниками, а сам процес віддачі електронів називається окисненням.

Наприклад:

Cu⁰ -2еCu²⁺

2Br‾ -2е Br₂

Fe²⁺ -1е Fe³⁺

При окисненні ступінь окиснення елемента підвищується.

Атоми, молекули або йони, що приєднують електрони, відновлюються та називаються окисниками, а сам процес приєднання електронів називається відновленням.

Наприклад:

Al³⁺ +3eAl⁰

S⁰ +2eS^2-

Fe³⁺ +1eFe²⁺

При відновленні ступінь окиснення елемента понижується.

Окиснення завжди супроводжується відновленням, і навпаки, відновлення завжди супроводжується окисненням:

Відновник - ē Окисник

Окисник +ē Відновник

В окисно-відновних реакціях число електронів, що віддаються відновником, дорівнює числу електронів, що приєднуються окисником.

При цьому незалежно від того, чи переходять електрони від одного атома до іншого повністю або лише частково, умовно кажуть тільки про віддачу та приєднання електронів.

Ознаки ОВР:

1) участь або утворення простих речовин-металів або неметалів;

2) зміна складу йонів (змінюється назва), що входять до складу

реагуючих речовин;

3) у більшості випадків, коли число вихідних речовин не дорівнює

числу продуктів реакції.

Правильно складене рівняння окисно-відновної реакції є вираженням закону збереження маси речовини. Повинні зберігатися і заряди: сума зарядів вихідних речовин завжди повинна дорівнювати сумі зарядів продуктів реакції.

При складанні ОВР найчастіше використовується метод електронного балансу. Метод електронного балансу заснований на порівнянні ступенів окиснення атомів у вихідних та кінцевих речовинах. Число електронів, відданих відновником, повинно дорівнювати числу електронів, приєднаних окисником. Для складання рівняння необхідно знати формули реагуючих речовин та продуктів реакції, які визначаються дослідним шляхом.

Наприклад: Складемо рівняння взаємодії Феруму з концентрованою сульфатною кислотою.

Для цього запишемо формули вихідних та кінцевих речовин з позначенням ступеня окиснення.

Fe⁰+H₂ S⁺⁶O_{4 (конц)} Fe⁺²SO₄ +S⁺⁴O₂+H₂O

Ферум віддає два електрони та підвищує ступінь окиснення від 0 до +2, а Сульфур приймає ці два електрони та знижує свій ступінь окиснення від +6 до +4. Ферум-відновник, Сульфур-окисник. Це можна виразити електронними рівняннями, з яких витікає, що при окиснику та відновнику коефіцієнти дорівнюють 1. Але в продуктах реакції беруть участь два атоми Сульфуру (один з яких не відновлюється), тому коефіцієнти подвоюються.

S⁺⁶ +2ēS⁺⁴ 1

Fe⁰ -2ēFe⁺² 1

Fe+2H₂ SO_{4 (конц)} =FeSO₄ +SO₂+2H₂O

Окисно-відновні реакції-найпоширеніші в природі та промисловості. Вони є основою життя на Землі: з ними пов”язані дихання та обмін речовин у живих організмах, гниття та бродіння, фотосинтез у зелених рослинах.

Йонно-електронний метод(метод напівреакцій)

Цей метод дає можливість достовірніше відобразити суть процесів окиснення-відновлення, що проходять в розчинах, та розрахувати коефіцієнти, збалансувавши дві напівреакції. Перехід електронів від одних атомів до інших розглядаємо з урахуванням характеру середовища, в якому відбувається реакція.

Наприклад.

Скласти електронно-іонні схеми і розрахувати коефіцієнти в реакції:

К₂Cr₂О₇ +НCl_(конц.)→

1. Визначаємо окисник і записуємо схему напівреакції процесу відновлення,

міркуючи так:

Окисник – йон Cr₂О₇^2- у процесі відновлення утворює 2 йони Cr³⁺. Щоб від Cr₂О₇^2- забрати 7 атомів Оксигену, треба додати у 2 рази більше йонів Н⁺ від кислоти(реакція проходить в кислому середовищі), внаслідок чого утвориться сім молекул води. Для зрівнювання зарядів до лівої частини рівняння необхідно додати 6 електронів, оскільки [ -2+14(+1)+6(-1)=2(+3)] :

Cr₂О₇^2- +14 Н⁺ +6ē→2 Cr³⁺+7Н₂О

(схему цієї напівреакції можна взяти з таблиці стандартних окисно-відновних потенціалів).

2. Визначаємо відновник і записуємо схему напівреакції процесу окиснення,

зрівнявши число атомів і заряди:

2Cl^‾ - 2ē→ Cl₂

Так як в таблиці станд. окисно-відновних потенціалів усі напівреакції записані як відновні, то в разі її використання необхідно змінити порядок запису напівреакції.

3. Об”єднуємо обидві напівреакції, збалансовуємо електрони:

Cr₂О₇^2- +14 Н⁺ +6ē→2 Cr³⁺+7Н₂О| 6 | 3 | 1

2Cl^‾ - 2ē→ Cl₂ | 2 | 1| 3

4. Помноживши друге рівняння на число 3, додаємо ліву і праву частини

напівреакцій:

Cr₂О₇^2- +14 Н⁺ +6Cl^‾ =2Cr³⁺+ 3Cl₂ +7Н₂О

Одержуємо скорочене йонне рівняння, яке виражає суть цього процесу, оскільки в розчинах реакція відбувалася між йонами.

5. Для складання молекулярного рівняння дописуємо катіони і аніони і необхідну кількість речовини кислоти(для зв”язування йонів Калію і Хрому):

К₂Cr₂О₇ +6НCl+8НCl = 2CrCl₃ + 3Cl₂ + 2КCl +7Н₂О

або К₂Cr₂О₇ +14НCl = 2CrCl₃ + 3Cl₂ + 2КCl +7Н₂О

Типові окисники:

Окисники характеризуються високою спорідненістю до електрона і додатними значеннями стандартних окисно-відновних потенціалів (ОВП), причому, що більше значення ЧОВП напівреакції, то сильнішим окисником є ця система.

Окисником є атом, молекула або йон, в яких елемент має найбільше значення ступеня окиснення, зокрема, галогени, KMnO₄, К₂MnO₄, K₂Cr₂O₇, O₂, O₃,

HClO₄, HNO₃, H₂SO_4(конц.), PbO₂,

Co³⁺ , Ag⁺, електричний струм на аноді.

Типові відновники:

Відновники мають менші додатні або від′ємні значення ЧОВП; що менше значення потенціалу напівреакції, то сильнішим відновником є ця система.

Відновником є частинка(атом, молекула чи йон), в якій елемент має найменше значення ступеня окиснення, наприклад, Ме-метали, водень, С, СО, йон Н^-, Н₂S, NН₃, РН₃, КJ, НCl, SO₂, НJ, НВr, FeSO₄, CrCl₃, альдегіди, спирти, глюкоза, електричний струм на катоді.

Сполука, в якій елемент виявляє проміжне значення ступеня окиснення, може бути як окисником так і відновником, наприклад: HNO₂, H₂SO₃, Na₂SO₃,

Н₂O₂ , НClO, MnO₂