2. Цель работы

Изучение окислительно-восстановительных свойств простых и сложных веществ и значения среды в окислительно-восстановительных процессах; ос­воение электронного и электронно-ионного балансов для нахождения коэффициентов в окисли­тельно-восстановительных реакциях при различных расчетах.

3. Теоретически – справочная часть

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) являются наиболее распростра­ненными химическими реакциями и имеют большое значение в теории и прак­тике. С ними связаны процессы: дыхание, обмен веществ, фотосин­тез, гниение, горение, электролиз, коррозия металлов и др. В электрохимических преобразователях энергии (гальва­нических и топливных элементах, аккумуляторах) про­текают окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождаю­щиеся изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Изменение степени окисления происходит в результате пере­хода или оттягивания электронов от одних атомов или ионов к другим. На­пример:

Zn⁰ + H₂⁺¹SO₄ = Zn⁺²SO₄ + H₂⁰

Zn⁰ - 2е^-  Zn²⁺ 1

2H⁺ + 2е^-  H₂⁰ 1

Под окислением понимается процесс отдачи электронов атомом, молеку­лой или ионом. Процесс присоединения электронов называется вос­становлением. Процесс окисления одного вещества сопровождается восстанов­лением другого вещества.

Вещество, атомы или ионы которого отдают электроны, называется восстановителем. В приведённом выше примере Zn⁰ является восстановителем, но в процессе реакции окисляется.

Вещество, атомы или ионы которого присоединяют электроны, называется окислителем. В полуреакции восстановления Н⁺ - окислитель, но в результате реакции вос­станавливается.

Степень окисления или окислительное число - это условный заряд эле­мента в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что молекула элек­тронейтральна и имеет ионное строение. Степень окисления может иметь по­ложительное, отрицательное или нулевое значение.

При определении степени окисления элементов следует знать несколь­ко основных положений:

I. Водород в соединениях имеет степень окисления +1. Исключение состав­ляют соединения водорода с активными металлами-восстановителями, где его степень окисления (-1).

Например: NaH^-1, CaH₂^-1.

2. Кислород в соединениях проявляет следующие степени окисления:

-2, -1, -1/2, 0, +2,

в основном - (-2), например: H₂O^-2, H₂SO₄^-2, NaO^-2H; в пероксидах - (-1): H₂O₂^-1, Na₂O₂^-1, CaO₂^-1; в супероксидах (надперекисях) - (-1/2): KO₂^-1/2,

RbO₂^-1/2; во фториде кислорода - (+2): O⁺²F₂ ; в молекуле О₂ - степень окисления – 0.

2. Щелочные металлы имеют постоянную степень окисления, равную +1, Например: Li⁺¹, Na⁺¹.

3. Свободные металлы (Zn⁰ , P⁰ , Mg⁰) и простые вещества (H₂⁰, О₂⁰, N₂⁰) имеют нулевую степень окисления.

5. В молекуле сумма положительных зарядов равна сумме отрицательных зарядов, то есть заряд молекулы равен нулю.

6. Заряд сложного иона равен алгебраической сумме зарядов частиц, составляющих этот сложный ион.

Пример. Найти степень окисления серы в серной кислоте H₂SO₄, если степени окисления водорода и кислорода известны (смотрите основные поло­жения 1,2 и 5).

Решение: Н₂ SO₄, 12+Х+ (-2) 4 = 0; X=+6 Н₂S⁺⁶О₄.

Ряд элементов, таких как хлор, сера, марганец, хром могут про­являть переменные степени окисления. Поэтому различают высшую, низшую и промежуточную степени окисления.

Высшая степень окисления - это наибольший положительный заряд элемен­та в молекуле, определяемый числом отданных всех валентных электронов, как правило, она (высшая степень окисления) равна номеру группы в периодиче­ской системе элементов Д. И Менделеева. Атомы элемента в высшей степени окисления могут только принимать электроны и проявлять только окислитель­ные свойства..

Низшая степень окисления в основном имеет отрицательное значение, равное числу электронов, которое атом должен присоединить для завершения внешне­го энергетического уровня до восьми. Исключение составляет водород, кото­рый может принять электрон до завершения внешнего уровня до двух. Атомы элементов в низшей степени окисления могут только отдавать электроны и проявлять только восстановительные свойства.

Атомы элемента в промежуточной степени окисления могут отдавать и принимать электроны и проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства.

Например, НNO₃, степень окисления +5 для азота является высшей, так как азот принадлежит к пятой группе периодической системы, имеет пять валентных электронов, отдавая их, приобретает степень окисления +5. Поэтому N⁺⁵ в окислительно-восстановительных реакциях является только окислителем и может только присоединять электроны.

В аммиаке NН₃ степень окисления азота (- 3) является низшей. Поэтому N^-3 может только отдавать электроны и проявлять свойства восстановите­ля.

В соединениях N₂O, NО, NO₂ азот имеет соответственно степени окисления: +1, +2, +4, которые являются промежуточными, поэтому в окисли­тельно-восстановительных реакциях эти соединения могут проявлять как окис­лительные, так и восстановительные свойства.