5.Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления атомов, входящих в состав молекул окислителя и восстановителя. Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный на основании предположения, что молекула состоит только из ионов. Понятие "степень окисления" и валентность различны. Валентность - число не спаренных электронов на внешнем энергетическом уровне атома (s-, р-элементы) или на внешнем и предвнешнем незавершенном d-подуровне (d-элементы). Другими словами, это число электронов атома, участвующих в образовании валентных связей. Степень окисления в отличие от валентности имеет положительное, отрицательное или нулевое значение. Например, в молекуле КС1 валентность калия равна 1, а степень окисления +1, в молекуле С1₂ валентность атома хлора равна 1, а степень окисления равна нулю. Условно реакцию окисления-восстановления можно записать в виде

ОКИС, + ВОССТ₂ = ВОССТ, + ОКИС₂.

Окисление - процесс отдачи электронов, восстановление - процесс присоединения электронов. Окислитель в результате реакции восстанавливается, а восстановитель - окисляется. Окисление и восстановление - это две составляющие единого процесса. В соответствии с законом сохранения массы, количество электронов, принятых окислителем, равно числу электронов, отданных восстановителем. Это равенство записывается в виде уравнений электронного баланса:

п₂ | ОКИС, + п,е = ВОССТ, п, | ВОССТ₂ - п₂е = ОКИС₂

Для правильного составления уравнений реакций окисления-восстановления необходимо правильно определить величину и знак степени окисления любого атома в молекуле.

1).Степень окисления атома в молекуле простого вещества равна нулю (О₂°, J₂°, N₂°, Zn°) 2) Степень окисления кислорода О'² во всех соединениях, кроме перекиси водорода и оксида фтора (H₂O₂^-1, O⁺²F₂). Например, N₂Q-², CaCO₃'².

103. Степень окисления атома водорода во всех соединениях равна +1 (кроме гидридов щелочных ищелочноземельных металлов типа NaH"¹, СаН^¹). Например, Н⁺¹2О, H^+I₂SO₄, RbH^+I₂PO₄, NaOH⁺¹.

104. Молекула нейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю.Например, молекула H₂⁺¹S⁺⁶O₄"², сумма зарядов атомов равна 2-(+1)+(+6)+4-(-2) =+8-8=0.

105. Атом элемента в своей высшей положительной степени окисления может быть толькоокислителем. Например, S⁶⁺ + 2е = S⁴⁺.

106. Атом элемента в своей низшей степени окисления может быть только восстановителем.Например, S²' - 2е = 8°, 2СГ - 2е = С1₂°.

7) Атом элемента, находящийся в промежуточной степени может проявлять свойства окис-лителяи восстановителя. Например,

окислительные свойства: С1³⁺ + 2е = СГ , Мп⁴⁺ + 2е = Мп²⁺,

восстановительные свойства: С1³⁺ - 2е = С1⁵⁺, Мп⁴⁺ - Зе = Мп⁷⁺.

Рассмотрим изменение окислительно-восстановительных свойств простых веществ и сложных соединений для р-элементов 5-7 групп ПСЭ.

Атомы металлов, обладающие переменной положительной степенью окисления, проявляют окислительные и восстановительные свойства в зависимости от степени окисления в данном соединении. Например, Fe²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺ - восстановители, a Fe³⁺, Ni³⁺, Sn⁴⁺, Pb⁴⁺- окислители. Все металлы в свободном состоянии (Mg°, Zn°, Fe°) - восстановители.

Пример .Составьте молекулярное уравнение и уравнения электронного баланса для реакции окисления нитрита натрия пермашанатом калия в кислой среде (рН < 7):

NaNO₂+KMnO₄ + H₂SO₄ = Решение, а) Составим уравнения электронного баланса:

5 • | N*³ - 2е = Н^я окисление, 2 • | Мп*⁷ + 5е = Мп²⁺ восстановление.

Коэффициенты 5 и 2 в уравнении электронного баланса уравнивают число отданных восстановителем и принятых окислителем электронов. Эти же коэффициенты являются основными в молекулярном уравнении окислительно-восстановительной реакции и показывают, что 5 молей NaNO₂ окисляются 2-мя молями КМпО₄. Продукты реакции в молекулярной форме определяются степенью окисления атомов элементов, их образующих. Так, ион Мл²*, находясь в растворе серной кислоты и обладая основными свойствами, будет образовывать соль MnSO₄. Атом азота со степенью окисления +5 будет входить в соль азотной кислоты. Запишем продукты реакций в молекулярной форме и расставим коэффициенты в соответствии с уравнениями электронного баланса:

5NaNO₂ + 2КМпО₄ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + SNaNQ, + K₂SO₄ + 3H₂O

Правильность подбора коэффициентов уравнения контролируется одинаковым числом атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения.

ЗАДАЧИ

121. Составьте молекулярные уравнения и уравнения электронного баланса для реакцийокисления-восстановления. Расставьте коэффициенты в молекулярном уравнении и укажите, какоевещество является окислителем, какое - восстановителем, какое вещество окисляется, какое -восстанавливается.

а) К₂МпО₄ + С1₂ = д) МО + О₂ + КОН=

б) NaBr + MnO₂ + H₂SO₄ = е) КМпО₄ + Н₂О2 + H₂SO₄ =

в) H₂SO₃ + С1₂ + Н₂О = ж) H₂S + О₂ =

г) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ = з) Н₃РО₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ =

122. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

а) Na₃AsO₃ + КМпО₄ + КОН = д) H₂SO₃ + KMnO₄ + Н₂О =

б) FeSO₄ + HNO₃ + H₂SO₄ = е) Zn + H₂SO₄ (разр) =

в) КМпО₄ + Na₂S + H₂SO₄ = ж) a) KNCb + O₂ =r) KBr + H₂SO₄ (конц) = з) H₂S + HNO₂ =

123. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

1). KJ + Н₂О₂ + H₂SO₄ = 2). KNO₂ -н KJ + H₂SO₄ =

3) K₂Cr₂O7 + KNO₂ + H₂SO₄ = 4). KMnO₄ + H₂SO₄ + H₂S =

124. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

а) С1₂ + SO₂ + Н₂О = в) Br₂ + Na₂SCb + Н₂О -

б) I₂ + K₂SnO₂ + КОН = г) Br₂ + Fe(OH) ₂ + NaOH =

125. Закончите составление следующих уравнений и найдите коэффициенты с помощьюэлектронных схем:

a) Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ = г) SO₂ + KMnO4 + Н₂О =6)FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ = д) KBr + KMnO₄ + H₂SO₄ =

в) KI + KMnO₄ + H₂SO₄ = e) Na₂SO₃ + KMnO₄ + Н₂О =

126. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

a) FeSO₄ + KMnO₄ + КОН = б) FeSO₄ + K₂MnO₄ + H₂SO₄ =

в) Na₂SO₃ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = г) SO₂ + К₂Сг₂О₇ + H₂SO₄ =д) К₂МпО₄ + K₂SO₃ + Н₂О = e) FeSO₄ + KMnO₄ + HC1 =

127. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

ж) FeCl₂ + MnO₂ + HC1 = п) KI + Вг₂ =

з) К₂СЮ₄ + H₂S + H₂SO₄ = р) МпО(ОН)₂ + KI + H₂SO₄ =

128. Закончить уравнения реакции:

а) NaAsO₂ +1₂ + NaOH = в) H₂SO₃ + С1₂ + Н₂О =

б) KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ = г) К₃СЮ₃ + H₂Q2 + Н₂О =

129. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

а) K₂S + К₂МпО₄ + Н₂О = в) NOs + КМпО₄ + Н₂О =

б) KI + К₂Сг₂О7 + H₂SO₄ = г) О₃ + KAsO₂ + Н₂О =

130. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса::

a) PbS + Н₂О₂ = б) KI + Н₂О₂ =

131. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

а) К₂МпО₄ + KNOj + H₂SO₄ = г) NaNO₂ + C1₂ + NaOH =

б) К₂Сг₂О₇ + Н₂О₂ + H₂SO₄ = д) KMnO4 + NaNOz + H₂SO₄=

в) HNO₂ + H₂S = e) NaNO₂ + Вг₂ =

132. Составьте уравнения реакций с помощью схем электронного баланса:

а) К₂МпО₄ + С1₂ = 6).NaBr + MnO2 + H₂S0₄ =

в) Оз + Н₂О₂ + H₂SO₄ = г) H₂SO₃ + С1₂ + Н₂О -

д) H₂S +О₂ = e). K₂Cr₂C>7+ N₂O + H₂S0₄ =

ж) Н₃РО₃ + KMn0₄ + H₂SO₄ = з). Na₂SnO₂ + О₃ =

и) SO₂+KMnO₄+H₂O = к). FeS0₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂S0₄ =

л) H₂S + HNO₃ = м) NH₃+0₂ =

н). KMn0₄ + SO₂ + H₂SO₄= о) KNO₂ + РЬСЬ =

п). KBr + Н₂8О₄(конц) = р) SO₂ + HNO) =

с) KNO₂ + KJ + H₂SO₄ т). Сг(ОН)з + НгОг+КОН =

у) К₂Мп0₄ + О₃+ H₂S = ф). КВЮ + О₃ =

х) Na₂SO₃ + CI₂ + Н₂О = ц). КСЮ₂ + КРЮ₃=