13

Лекция 10. Окислительно-восстановительные реакции (овр)

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления – это условный электрический заряд (в единицах зяряда электрона), который получил бы данный атом в соединении, если бы каждая общая пара электронов, связывающих его с другим атомом, полностью переместилась бы к более электроотрицательному атому.

Согласно этому представлению значение положительной степени окисления соответствует числу электронов, оттянутых от атома, а отрицательной – числу электронов, притянутых к данному атому: Na⁺Cl^–, J₂⁰. Степень окисления может иметь положительное, отрицательное и нулевое значения. Таким образом, для расчета степени окисления необходимо иногда пользоваться таблицей электроотрицательностей атомов.

Были выработаны простые и удобные эмпирические правила для определения степеней окисления.

Правила для определения степени окисления атомов:

1.Степени окисления элементов в их простых веществах равны нулю:

H₂⁰ , Cl₂⁰ , S⁰ , K⁰ , Cu⁰ .

На примере простых веществ понятно, что соединения, имеющие ковалентные связи, могут иметь нулевую степень окисления, т.е. степень окисления – это не валентность.

2. Степень окисления водорода равна +1 , т.е. H⁺ , за исключением гидридов (соединения H с металлом) : Na⁺H^– , Ca⁺²H₂^– .

3. Степень окисления кислорода равна – 2 , т.е. O^–2 , за исключением перекиси водорода – H₂⁺O₂^– и O⁺²F₂^– .

4. Степень окисления фтора всегда – 1 , т.е. F^– .

5.Степень окисления щелочных металлов (подгруппы IA) равна +1, степень окисления щелочноземельных металлов равна +2 (подгруппа IIА) .

6. Возможные степени окисления меди  Cu⁺ и Cu⁺², причем Cu⁺²  более устойчивая. Наиболее характерные степени окисления железа  Fe⁺² и Fe⁺³ .

7. Максимальная положительная степень окисления атома равна его номеру группы элемента в периодической системе.

8. В солях степень окисления атомов металла равна заряду иона.

Al ³⁺Cl^{- -}₃

9. Максимальная отрицательная степень окисления атома равна максимальной положительной степени окисления минус восемь.

N^3H₃⁺ , +5 – 8 = – 3

Определение степени окисления атомов в сложных соединениях и ионах

1.Алгебраическя сумма степеней окисления атомов в соединении всегда равна нулю, т.е. молекула электронейтральна.

хлористая хлорная

_{+ х -2 + x -2}

HСlO₂ HClO₄

1 + х + 2(-2) = 0 1 + х + 4(-2) = 0

1 + х – 4 = 0 1 + х – 8 = 0

х = + 3 х = + 7

2. Алгебраическая сумма степеней окисления в сложном ионе равна заряду этого иона.

NO₂^ (нитрид-ион) Cr₂O₇^2 (хромат-ион)

(N^ХO₂^2)^ (Cr₂^ХO₇^2)^2

х + 2(2) =  1 2х + 7(2) = 2

х – 4 =  1 2х – 14 = 2

х = + 3 х = + 6

Основные положения теории окислительно-восстановительных реакций

1. Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом.

Ba⁰ – 2e = Ba⁺²

H₂  2e = 2H⁺

Fe⁺² – 2e = Fe⁺³

При окислении степень окисления повышается.

2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

S⁰ + 2e = S ^–2

F₂ + 2e = 2F ^

Fe⁺³ + е = Fe⁺²

Степень окисления понижается при восстановлении.

3. Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются.

Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются.

4. Окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов – процесса окисления и процесса восстановления.

В общем виде:

восстановитель - e  окисленная форма восстановителя ,

окислитель + e  восстановленная форма окислителя .

5. Число электронов, отдаваемых восстановителем равно числу электронов, присоединяемых окислителем. Следовательно окислитель и восстановитель реагируют в соотношениях эквивалентов, т.е. количеств веществ, соответствующих одному присоединяемому (или отдаваемому) электрону.

В основе многих природных и технологических процессов лежат ОВР: горение топлива, выплавка металлов, взрывные работы, дыхание и др.. Некоторые ОВР протекают очень энергично, что может привести к возгоранию и взрыву. Поэтому на производстве и в быту необходимо учитывать, что окислители и восстановители необходимо хранить отдельно и не допускать их смешивания. Сильным окислителем является кислород воздуха. Поскольку органические вещества и углерод – восстановители, то угольная и мучная пыль – взрывоопасные и пожароопасные смеси. Вентили баллонов с чистым кислородом нельзя смазывать органической смазкой. Это может привести к взрыву.

Поэтому необходимо знать важнейшие окислители и восстановители, используемые в производствах