ОВР.Методичка и теория

федералыlеe arCllTCТBo по образоваНIIЮ

Московская I осудаРСТВСllllая академия ТОllКОЙ химической теХllОЛОГlII1

I\мени М. В. Ломоносова

Кафсдра IIСОРГЗШlчсскоJ1 ХIIIШIII

Сороюща о.д

ГШlакпmОIl08 lо.п.

Игuаmова н.н.

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

У'lсбllо-методи'lССКОС пособие

ИЩ31111С ВТОРОС, ДОПОЛIIСIllIOС, IIспраВЛСllllOС

www.mitht.ru/e-library

Рецеllзеllm: профессор "lихаiiлов В.А.

Доц. Сорокииа 0.8., доц. Галактиоиов Ю.П., доц. Игнатова Н.Н. Окислитenьно-восстановитenьные реакции. Учебно-методическое пособие. - М.: МИТХТ, 2005, 66 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной

работы студентов первого курса по дисциплине «Неоргаllическая химия»,

а также для студентов третьего и четвертого курса бакалавриата по направлению <<химия». Содержит теоретический материал и задачи для

самостоятельноro решения по теме «окислитenьно-восстановитenЫfые

реакции»; составлено в ПО..1If(.·••• ,:оответствии с . 'чеб!""'Й программоЙ.

Подготовлено ;ш кафе). p'~ несрганическоА ХИМIШ м:г ХТ им. М. В. Ломоносова.

www.mitht.ru/e-library

3

ОглавлеНllе

2.Общие положения теории окислителыю-

4.Методы составлеJШЯ уравнений ОКIIСЛlIтелыю-

6.Направление протекания ОКИСЛlIтелЪlЮ-

6.1.Стандартные окlIслителыo-восстановительвыЪ e

6.2.Критерии протекания окислительно-

www.mitht.ru/e-library

4

1. Введеllие

окислительно-восстаllовителыlеe реакции - это преобладающее

звено химических процессов в неорганической химии. Реакций.

протекающих без изменения· степени окисления ~ участнико~.

несравнимо меньше чем окислительно-восстановшельных.

Окислнтельно-восстановительные процессы повседнеВIIО

сопровождают нас и вообще являются основой нашей жизни. Без них не обходится ни одио промышленное производство. Каждый вздох

сопровождается сложными окислительно-восстановительными

процессами. ИмеНIIО поэтому очень важно изучение этой темы.

В данной методической разработке рассматриваются все типы окислительно-восстановительных реакций. рассмотрены методы составления уравнений окислнтельно-восстановшельных реакций

(электронный и электроно-ионный баланс). критерии определения

направления окислительно-востановительных реакций и зависимость

осуществления окислшельно-восстановительных реакций от условий (рН и концентрации исходных веществ и продуктов). Цель данной

методической разработки - быть подспорьем В обучеllИИ студентов I

курса МИТХТ им. М. В. Ломоносова. Также в задачи составшелей

входило объяснение .окислительно-восстановителыlхx свойств

конкретных веществ. Теоретический материал сопровождается

рассмотрением примеров. встречающихся в учебном курсе, представлены

справочные материалы.

www.mitht.ru/e-library

s

2. Общие положеllllИ теОРИl1 ОКИСЛИТСЛLlIО­

восстаllOвителЫIЫХ реакций.

ХlI.lllUчеСl\ие реаКЦIIII, где имеет .11lесто 06.111е" 'JлеЮllРОIUUIU

.11lежду атО.lllшtи одllого или lIесколькux оещесто, lIазыоаюmся

окllслительllо-восстаllооителыll.Jllии (ОВР), о ходе которых стеnеllи ОКllслеllия (СО) antO.llIOO, входящux о COClllao реагирующих чаСIIIIII(.

IIЗ.lllеIlЯIО/llСЯ.

Clllellellb ОКllслеllllН (СО) - фОР.lllалЬ1l6l'; заряд, KOIIIOP6l'; .llIOJ/(/IO IIpllllllcalll6 alllo.tly, входНЩe.JIlУ о COClllaB каКОЙ-ЛIl60 чаСIIIIII(61, СЧllltlая всеXII.IIIII'leCKlle соязи в lIе'; 110111161.11111.

Другими словами, под степенью окисления подразумевается

условный заряд, который возник бы на атоме. если бы связующие электронные пары были бы полностью смещены к более

элеКТрОО1рицатt:льному атому, а общие элеК1рОНllые пары атомов с

одинаковой элеКТРОО1рицательностыо были бы разделены между III1МII

поровну. Степени окисления принято обозначать арабскими ИЛJl

римскими цифрами с указанием перед ними знака заряда "+" или "-" над символом элемента или в скобках рядом с ним. Напомним, что заряд иона

обозна'Jают верхним индексом справа только арабской цифрой с указанием знака "+" ИЛИ "-" после нее.

Правиларасчеlllа СО:

3.Атомам более элеКТРОО1рицательных элементов в бинарных

соединениях соответствуют 01рицательные СО.

4.При определении СО элементов в сложных соединениях удобно пользоваться таблицей 1 в последовательности возрастания

порядкового номера С1роки.

ТаБЛlllta 1. характерные степени окислени" дп" некоторых элементов.

www.mitht.ru/e-library

6

Максимальная положительная или отрицательная степени

окисления атома в соединениях определяются его положеJlием в

периодической системе.

5. Максимальная СО в большинстве случаев равна номеру

группы, к которой принадлежит элемент.

6. Минимальная СО металлов равна О, неметаллов - N~rpупп..-8...

СО - формальная веЛllчина. Абсолютная величина зарядов атомов

редко превышает 2.

Механизм протекаJlИЯ окислительно-восстановительных реакций

является сложным и разнообразным, а для многих - он пока не установлен. Тем не менее, для окислительно-восстановительных реакций

общим является тот факт, что все они сопровождаJОТСЯ части'шым ИЛII

полным переносом электронов от одного атома к другому.

Разберём несколько примеров:

Горение металлического натрия в атмосфере дихлора приводит к

образованию хлорида натрия:

2Na + CI2 = 2NaCI

в хлориде натрия связь между атомами хлора Jf натрия является

ионной, следовательно, реакция его образования сопровождается ПОЛНЫМ

переносом электронов от атомов натрия к атомам хлора, что можно

представить следующими уравнениями:

2Na - 2ё = 2Na+ 11 CI2 + 2ё = 2СГ 1

2Na + Clz - 2Na+ + 2СГ- 2NaCl

Взаимодействие хлорида железа (Ill) и иодида калия также

сопровождается переносом электронов от анионов иода (Г) к катионам

Fe3+:

2FеСlз + 2КI = 2FeCl2+ 12 + 2КСl

2Г-2ё= 12 1 2 Fe3+ + lё = Fe2+ 1

В реакции окисления углерода кислородом атомы углерода не отдают свои валеНПJые электроны атомам кислорода. Происходит лишь

смещение валентных электронов атома углерода J( атомам кислорода ка)(

более электроотрицательным.

www.mitht.ru/e-library

7

Тем не менее, эту реакцию можно рассматривать как окислительно­

восстановительную с переходом электронов от атомов углерода к атомам

кислорода:

СО _4ё=с+IV

020 + 4ё = 20-11

С+02 =С02

Окислительно-восстановительные (Red-Ox) реакции включают в себя одновременно 2 процесса: отдачу и принятие электронов. Процесс

отдачи электронов называется окислением, а вещество, атомы которого

отдают электроны, называется восстановителем. Обратный процесс -

принятие электронов называется - восстановлением (Red), а вещество,

атомы которого принимают электроны, называется окислителем (Ох). Главная особенность ОВР - конкуренция за электроны между

окислителем и восстановителем.

Принятие и отдача электронов в окислительно-восстановительных

реакциях представляют два взаимосвязанных процесса, Т.е.

восстановление окислителя одновременно сопровождается окислением

восстановителя.

Вышесказанное поясним следующими примерами:

1. Процессы окисления:

www.mitht.ru/e-library

8

Окислитель (окисленная форма) и соответствующая ему

восстановленная форма образуют вместе сопряж~нную окислителыlO­

восстановительную пару, например Na+lNa, CI I2Cl-, Fe3+/Fe2+, 12121-. 2

Таким образом, выше рассмотренные примеры процессов окисления

и восстановления можно представить в виде обмена электронами

сопряженных окислительно-восстановительных пар (таблица 2)," а

уравнения, описывающие эти процессы, называются уравнениями

полуреакЦhЙ.

1jаб>Ruua 2 СОПРJlженные окислитenьно-восстановительные пары

3. Важнейшие окислители и восстаllовители.

Окислительную или восстановительную способность простых веществ можно оценить, исходя из положения элемента в периодической

системе.

Известно, что электроотрицательность химических элементов в

периодах возрастает слева направо, а в rpуппах снизу вверх. С такой же

закономерностью меняются в rpуппах' неметаллические свойства

химических элементов, а металлические - в обратном порядке (таблица З).

Таблuuа 3. ЭлеКТРОО1рицатenьноС1Ъ s- и Р-элементов в нулевой степени

v

Увеличение окислительных С80ИСТ8

www.mitht.ru/e-library

9

Если простое вещество образовано из атомов элемента с высокой

электроотрицательностью, то от Hero следует ожидать проявления

окислительных свойств (атомы высокоэлектроотрицательноro элемента

имеют тенденцию принимать полностью или частично электроны на свой

валентный подуровень).

Простое вещество, образованное из атомов элемента с низкой электроотрицательностью, проявляет восстановительные свойства (атомы

Шlзкоэлектроотрицательноro элемента имеют тенденцию отдавать

полностью или частично свои валентные электроны). Следовательно, просты e вещества самых электроотрицательных элементов: дифтор,

дикислород, дихлор должны иметь сильно выраженные окислнтельные

свойства, а просты e вещества - щелочные и щелочноземельные металлы - сильно выраженные восстановительные свойства.

восстановительных свойств друroго участника реакции (другого реагента).

Так, водород в реакциях с галогенами, кислородом и др.

неметаллами ВЫС1)'пает в качестве восстановителя: H2+CI2=2HCI, а в

реакциях с металлами ВЫС1)'пает в качестве окислителя: 2Li+H2= 2LiH .

Для прогнозирования окислительно-восстановительных свойств

сложных веществ полезно знать степени окислеllИЯ элементов, входящих

в их состав. Степени окисления принято обозначать римскими цифрами с

указанием перед ними знака «+» или «-» над символом элемента в

.у

формуле, например, ННО) , ИЛИ В скобках после символа элемента,

например, N(+V).

Предска1анuе окuслuтел6Нo-lJосстановuтел6Н6IХ свойств

СЛОJltН61X BezцecmBHe всегда"росто и однозначно.

Можно ожидать проявления окислительных свойств для сложных

низкой степени окисления: HzS (S-II), НСI (СГ), НI (Г), NНз (WIII).

Вещества, которые содержат активный элемент в высшей степеJlИ окисления, спосоБJlЫ проявлять только окислительные свойства, как , lIапример, азотная кислота, содержащая азот (+У), ИЛI. перманrallат калия,

в котором содержится марrзнец (+VII).

Если частицы вещества содержат активный элемент в низшей

степени окисления, вещество проявляет свойства восстановителя, lIапример, H2S, содержащий серу в низшей степени окисления, или

аммиак NНз за счетазота(-Ш).

www.mitht.ru/e-library

10

Вещества, частицы которых содержа... элемент в промежуточноii

стеllени окисления, MOIYf проявлять как окислителыlе,, так It

восстаllОВlIтельные свойства, в зависимости от условиii проведеllИЯ

реакции и окислительно-восстановительных свойств второго участника

реакции. Например, пероксид водорода Н2О2 в реакции с сероводородом

будет окислителем, восстановится до воды: Н2О2 + H2S = S + 2Н2О,-а в

реакции с перманганатом калия вынужден Becm себя как восстановитель, окисляясь до 02:

в зависимости от степени окисления элемента, степень окисления

которого меняется в процессе окислительно-восстановительной реакции,

сложные соединения можно разделить на три группы:

1) вещества, проявляющие только окислительные свойства (наличие в них элемента в высшей степени окисления: КМп04'

К2СС2О7, H2S04,НNO), РЬ02)

2) вещества, проявляющие только восстановительные свопства (наличие в них элемента в низшей степени окисления: H2S, HI, KI,

КВс, NH)

З) вещества, npоявляющие как окислительные, так и восстановительные свойства (наличие в них элемента в промежуточной степени окисления: Н2О2, S02, KN02, И др.)

Наиболее часто встреЧaJOщиеся в практике окислители,

восстановители и вещества с двойственной окислителыfO-

восстановительной природой приведены в таблице 4.

116а .'lIUJLQ 48• ажнеliшие ОJCIIC/Jитenи и восстановители.

Следует отметить, что разлИЧaJOт еще так иазываемые ''типичные'' окислители и восстановители. К типичным окислителям оmосят наиболее часто примеияемые сильные окислители, при этом акmвный элемент

может быть не в высшей степени окисления, например, Н2О2, Cl2, ВС2, 12.

www.mitht.ru/e-library