4. Окислительно-восстановительные реакции

Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.

Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные степени окисления, а атомы элементов с меньшей электроотрицательностью - положительные.

Расчет степени окисления. Для вычисления степени окисления элемента следует учитывать следующие положения:

• Степень окисления в простом веществе (O₂, Cl₂, K, H₂, Fe, S) =0.

• Кислород в соединениях имеет степень окисления -2.

• Водород в соединениях с металлами имеет степень окисления -1, а в соединениях с неметаллами +1.

• Металлы в соединениях имеют положительные степени окисления +1, +2, +3.

• Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в каждом веществе =0.

 Примеры:

V₂⁺⁵O₅^-2;  Na₂⁺¹B₄⁺³O₇^-2;  K⁺¹Cl⁺⁷O₄^-2;  N^-3H₃⁺¹;  K₂⁺¹H⁺¹P⁺⁵O₄^-2;  Na₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^-2

Существует два типа химических реакций:

 A       Реакции, в которых не изменяется степень окисления элементов:

 

Реакции присоединения

SO₂ + Na₂O →Na₂SO₃

Реакции разложения

Cu(OH)₂  –^t° → CuO + H₂O

Реакции обмена

AgNO₃ + KCl →AgCl¯ + KNO₃

NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

 B      Реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих соединений:

 

2Mg⁰ + O₂⁰ → 2Mg⁺²O^-2

2KCl⁺⁵O₃^-2  –^t° → 2KCl^-1 + 3O₂⁰­

2KI^-1 + Cl₂⁰ →2KCl^-1 + I₂⁰

Mn⁺⁴O₂ + 4HCl^-1 → Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰­ + 2H₂O

 

Такие реакции называются окислительно - восстановительными.

В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов - окисление. При окислении степень окисления повышается:

H₂⁰ - 2ē → 2H⁺

S^-2 - 2ē→ S⁰

Al⁰ - 3ē → Al⁺³

Fe⁺² - ē →Fe⁺³

2Br ^- - 2ē →Br₂⁰

 Процесс присоединения электронов - восстановление: При восстановлении степень окисления понижается.

Mn⁺⁴ + 2ē → Mn⁺²

S⁰ + 2ē → S^-2

Cr⁺⁶ +3ē → Cr⁺³

Cl₂⁰ +2ē → 2Cl^-

O₂⁰ + 4ē →2O^-2

 

Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны - восстановителями.

Задание 30. Дайте определение понятиям:

• Валентность________________________________________________________________________________________________________________________________

• Степень окисления_____________________________________________________ _____________________________________________________________________

Задание 31. Определите валентность и степень окисления в соединениях:

F₂, H₂S, SO₃, KH, SiO₂, Cl₂O₇, HClO₃, PH₃, CO₂, HClO, CrO₃, H₂CrO₄,

H₂SiO₃, K₂Cr₂O₇, P₂O₃, H₃PO₄.

Электронный баланс - метод нахождения коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, в котором рассматривается обмен электронами между атомами элементов, изменяющих свою степень окисления. Число электронов, отданное восстановителем равно числу электронов, получаемых окислителем.

 

Пример 1. Подбор коэффициентов методом электронного баланса:

1. Записываем схему реакции:

NH₃+O₂→NO+H₂O

2. Вычисляем значения степеней окисления каждого элемента до и после реакции:

_{-3 +1 0 +2-2 +1 -2}

NH₃+O₂→NO+H₂O

3. Элементы, которые изменили степень окисления выписываем и анализируем:

_{-3 +2}

N - 5ē→N (окисление)

_{0 -2}

O₂ + 4ē→2O₂ (восстановление)

4. Находим наименьшее общее кратное чисел, указывающих количество электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе, находим базовые коэффициенты.

-3 +2 N - 5ē→N	20		4
0 -2 O2 + 4ē→2O2			5

5. Базовые коэффициенты переносим на схему реакции. Водород и кислород уравнивают последними.

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O

Задание 32. Составьте электронный баланс и расставьте коэффициенты по следующим схемам:

Fe₂O₃+Al→Al₂O₃+Fe

Al+HCl→Al₂O₃+Fe

Al + HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NH₃ + H₂O

H₂S + HNO₃ → S + NO₂ + H₂O

KNO₂ + KClO₃ → KCl + KNO₃

Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂S + H₂O

Zn + HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + NH₄NO + H₂O

Mg + H₂SO₄ → H₂S + MgSO₄ + H₂O

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Cr₂O₃ + KNO₃ + KOH → K₂CrO₄ + KNO₂ + H₂O

MnO₂ + KClO₃ + KOH → K₂MnO₄ + KCl + H₂O

AsH₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

K₂Cr₂O₇ + HCl → Cl₂ + KCl + CrCl₃ + H₂O