5. Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. В окислительно-восстановительных реакциях как минимум изменяется степень окисления двух элементов, входящих в состав окислителя и восстановителя. В более сложных случаях функцию окислителя или восстановителя могут выполнять два или более элементов.

Любая окислительно-восстановительная реакция – единый взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление – к ее понижению у окислителя. Соответственно окислитель принимает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции, а восстановитель отдает их. При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций используют метод электронного баланса.

Метод электронного баланса реализуется в несколько стадий:

1. установление формул исходных веществ и продуктов реакции;

2. определение степеней окисления элементов в реагентах и продуктах реакции;

3. определение числа электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем;

4. определение коэффициентов перед формулами реагентов и продуктов реакции.

Примеры решения типовых задач

Пример 1. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакций методом электронного баланса.

FeS + О₂ Fe₂O₃ + SO₂.

Решение. Продуктами этой реакции являются SO₂ и Fe₂O_3. Соответственно степень окисления железа изменяется с +2 на +3, степень окисления серы – с –2 на +4, степень окисления кислорода – с 0 на –2. Можно видеть, что функцию восстановителя в этой реакции выполняют совместно Fe²⁺ и S^2-, функцию окислителя – О₂. В этой связи представим реакции окисления и восстановления схемой

7	О2 + 4ē 2 О2-	восстановление, окислитель О2
4	Fe2+ – 1ē Fe3+ S2- – 6ē S4+	окисление, восстановитель FeS

4 FeS + 7 О₂ 2 Fe₂O₃ + 4 SO₂

По числу принятых кислородом и отданных FeS электронов определяем коэффициенты перед окислителем и восстановителем. С учетом поэлементного баланса находим коэффициенты перед формулами продуктов реакции.

Пример 2. Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

KMnO₄ + MnSO₄ + H₂O → MnO₂ + H₂SO₄ + K₂SO₄.

Решение. Продуктом этой реакции является MnO₂, следовательно, в роли окислителя выступает ион Mn⁷⁺, а восстановителя – Mn²⁺. Составляем электронные уравнения.

2	Mn7+ + 3ē Mn4+	восстановление, окислитель;
3	Mn2+ – 2ē Mn4+	окисление, восстановитель.

Окончательный вид уравнения

2KMnO₄ + 3MnSO₄ + 2H₂O → 5MnO₂ + 2H₂SO₄ + K₂SO₄.