2 Лабораторная работа № 2. Окислительно-восстановительные реакции

Цель: Изучить методику выполнения окислительно-восстановительных реакций, установить зависимость окислительно-восстановительных свойств соединений от реакции среды, приобрести навыки составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Теоретическая часть

Для характеристики состояния атома в молекуле введено понятие – «степень окисления». Степень окисления – это условный формальный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что молекула нейтральна и состоит только из ионов. При этом следует помнить правило: - алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле всегда равна нулю.

Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, например реакция:

Са²⁺С⁴⁺О₃^2‾=Са²⁺О^2ˉ + С⁴⁺О₂^2ˉ

Степень окисления каждого из атомов после реакции не изменилась. Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ. Например, реакция:

2Fe³⁺Cl₃^‾ + Sn²⁺Cl₂^‾ = 2 Fe²⁺Cl₂^‾ + Sn⁴⁺Cl₄^‾

олово и железо изменяют степень окисления.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ за счет приема и отдачи электронов, называются окислительно-восстановительными реакциями.

Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Степень окисления при этом повышается:

Al⁰ - 3ē→Al³⁺; Fe²⁺ - ē→Fe³⁺; 2Cl^ˉ - 2ē→Cl

Восстановлением называют процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Степень окисления при этом понижается: О₂ + 4 ē→ 2О^2ˉ

Атомы, молекулы или ионы, называются восстановителями и во время реакции они окисляются. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями, во время реакции они восстанавливаются. Окисление всегда сопровождается восстановлением и наоборот. Таким образом, окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов – окисления и восстановления. Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций применяются два метода: метод электронного баланса и метод полу реакции.

Метод электронного баланса основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. Число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединенных окислителем. Рассмотрим составление уравнения окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса:

1) Сначала пишем схему реакции, взятые и полученные вещества:

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + MnSO₄ + S + H₂O

2) Определяем изменение степеней окисления атомов до и после реакции:

H₂S^2ˉ+ KMn⁷⁺ O₄ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + Mn²⁺SO₄ + S⁰ + H₂O

3) Составляем электронное уравнение приема и отдачи электронов ионами, изменяющими свои степени окисления:

S^2ˉ - 2 S⁰ восстановитель, процесс окисления

Mn⁷⁺ + 5 Mn²⁺ окислитель, процесс восстановления

4) Находим коэффициенты при окислителе и восстановителе. Для этого находим наименьшее кратное для чисел 2 и 5 – это 10. Чтобы количество отданных электронов было равно количеству принятых, это наименьшее кратное делим на количество принятых и отданных электронов. В нашем примере:

5 | S^2ˉ - 2 S⁰

2 | Mn⁷⁺ + 5 Mn²⁺

5) Подставляем эти коэффициенты в уравнение реакции:

5H₂S + 2KМnO₄ +H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5S +H₂O

6) Затем уравниваем элементы, входящие в соединение с окислителем и восстановителем, уравниваем количество молекул кислоты и в последнюю очередь – атомов водорода. Правильность написания уравнения проверяем по количеству атомов кислорода в левой и правой частях равенства. Законченное уравнение имеет вид:

5H₂S + 2KМnO₄ +3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5S + 8H₂O