Розділ 4. Реакції окислення-відновлення

§ 20. Загальна характеристика

Реакції окислення-відновлення — це такі реакції, при яких змінюється валентність реагуючих речовин, тобто електрони переходять від одних іонів або елементів до інших. Здатність до зміни валентності найбільше характерна для іонів, утворених елементами середини великих періодів системи Д. І. Менделєєва, зокрема для іонів титану, заліза, ванадію, хрому, мар­ганцю, міді, миш'яку, молібдену, олова, сурми тощо. Деякі з цих іонів мають порівняно невелике споріднення з електроном і легко втрачають електрони; при цьому відбувається реакція окислення. Прикладом може бути перетво­рення іонів титану (III) в іони титану (IV):

Ті³+ = є + Ті⁴+. (1)

Тут тривалентний титан є відновником. Інші іони, навпаки, здатні при­тягувати електрони із значною силою; процес приєднання електронів, пов'я­заний із зниженням позитивного заряду катіонів чи з утворенням аніона або підвищенням негативного заряду останнього, називається відновленням. Так, іон заліза (III) здатний приєднувати один електрон і утворювати іон заліза (II):

Fe³⁺ + є = Fe²+. (2)

Іони заліза (III) в цьому випадку є окислювачами. Окислювач приєднує електрони і відновлюється тільки за рахунок втрати такої самої кілько­сті електронів відновником, який при цьому окислюється. Тому реакції

окислення нерозривно зв'язані з реакціями відновлення і відбуваються лише тоді, коли в системі є одночасно окислювач і відновник.

В аналітичній хімії доводиться часто мати справу з реакціями окислення-відновлення, що відбуваються у водних розчинах. У реакції беруть участь іони елементів у різних ступенях окислення. Тому, щоб правильно скласти рівняння реакцій, треба писати спочатку окремі електронно-іонні рівняння, з яких складаються сумарні іонні рівняння реакцій окислення-відновлення. Розглянемо кілька прикладів.

Приклади.

1. Хлорид олова (II) відновлює залізо (III) до двовалентного стану:

FeCl₃ -f- SnCl₂ -> FeCl₂ -f- SnCl₄. Окремі електронно-іонні рівняння записують так:

Fe³⁺ + є = 2Fe²+;

Sn²+ = 2е + Sn⁴+.

Реакції окислення-відновлення зводяться до перерозподілу електронів між реагуючи­ми речовинами і продуктами реакції. Тому число електронів у першій і другій реакціях повинно бути однаковим:

2Fe³+ -f- 2е = 2Fe²+ ;

Sn²+ = 2е + Sn⁴+.

Після складання обох рівнянь маємо:

2Fe³+ -f- Sn²+ = 2Fe²+ -f- Sn⁴+-

Перевірка правильності складання рівняння полягає в порівнянні суми електричних зарлдів у правій і лівій частинах рівняння. У цьому випадку сума позитивних зарядів іонів реагуючих речовин дорівнює 8; таке саме число дістаємо при складанні позитивних зарядів іонів — продуктів реакції.

2. Перманганат калію відновлюється йодидом калію до марганцю (II); продуктом цієї реакції є також вільний йод. Окреме електронно-іонне рівняння відновлення перманганат- іонів матиме такий вигляд:

МпОТ" + 8Н+ + 5е = Мп²+ -f- 4Н₂0.

Іони Н"*~ потрібні для того, щоб відірвати іони кисию від складних іоиівМпО^" і по­легшити приєднання електронів до марганцю (VII).

Друге окреме електронно-іонне рівняння матиме вигляд

21- = 2і + І₂.

У сумарній реакції бере участь десять електронів. Тому перше рівняння треба помно­жити на 2, а друге — на 5.

MnOj" -f- 8H+ -f- 5e = Мп²+ + 4Н₂0; 21- = 2і + І,;

2МпО~ + ЮІ"~ +16 11+ = 2Мп²+ + 5Ц + 8Н_аО.

Перевіримо правильність складання рівияиия: —2 — 10 •(- 16 = 4. Отже, рівняння написане правильно.

3. Реакція між перманганатом калію і нітратом свинцю відбувається в певних умовах, з утворенням оксидів марганцю (IV) Мп0₂ і свинцю (IV) РЬО_а. Окремі електронно-іониі

90

Й сумарне іонне рівняння матимуть такни вигляд:

MnO^ + 4H+ + Зе = Мп0₂ + 2Н₂0; РЬ²+ + 2Н₂0 = 2е + РЬ0₂ -|- + 4H+;

2МпО~ + ЗРЬ²+ -|- 2Н₈0 = 2Мп0₂ + ЗРЬ0₂ + 4H+.

Перевіримо правильність складання рівняння: —2 +6=4.

Спід підкреслити деякі особливості написання наведеного рівняння. В результаті вза­ємодії утворюються марганець (IV) і свинець (IV). Але в рівнянні не можна написати іони МгИ~*~ і РЬ⁴+, бо насправді утворюються нерозчинні сполуки Мп0₂ і РЬ0₂₎ а рівняння хі­мічної реакції повинно правильно відображати процес взаємодії речовин.

Із сумарного рівняння видно, що реакція краще відбувається в нейтральному або глабколужному середовищі, коли створюються умови для нейтралізації іонів водню, які виділяються.