Литература

1. П.М. Саргаев. Неорганическая химия. -М.: КолосС, 2004. С. 84-89, 106-107, 141, 155, 163, 182-183, 238, 246, 249-252, 254-255.

Тема 11. Окислительно-восстановительные реакции Содержание темы

1. Понятие об окислительно-восстановительных реакциях.

2. Степень окисления, ее определение.

3. Процессы окисления и процессы восстановления.

4. Важнейшие окислители и восстановители.

5. Типы окислительно-восстановительных реакций:

а) межмолекулярные реакции;

б) реакции внутримолекулярного окисления и восстановления;

в) реакции самоокисления-самовосстановления (реакции диспропорционирования степеней окисления).

6. Направление окислительно-восстановительных реакций. Уравнение Нернста.

7. Окислительно-восстановительные реакции в ветеринарии.

8. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

8.1. Ионно - электронный метод(метод полуреакций) применяется для расстановки коэффициентов в тех окислительно- восстановительных реакциях, которые протекают в растворах электролитов. Преимуществом метода является возможность показать процессы окисления и восстановления, происходящие с реально существующими ионами.

Методику расстановки коэффициентов можно рассмотреть с учетом среды раствора на следующих примерах:

8.1.1. Взаимодействие в кислой среде.

K₂Cr₂O₇+ KI + H₂SO₄Cr₂(SO₄)₃+ K₂SO₄+ I₂+ H₂O

Дихромат калия K₂Cr₂O₇является окислителем, так как содержит хром в высшей степени окисления +6; иодид калия - восстановитель, содержащий иод в низшей степени окисления -1.

Данное уравнение необходимо записать сначала в полном ионно-молекулярном виде в соответствии с правилами записи ионных уравнений, затем исключить ионы, не изменившиеся в результате реакции и переписать сокращенную ионную схему:

Cr₂O₇^2-+ I^-+ Н⁺2Cr³⁺+ I₂+ Н₂О.

Составляем полуреакции для иона-окислителя и иона- восстановителя, начиная уравнивать числа атомов хрома и иода слева и справа:

Cr₂O₇^2-2Cr³⁺

2 I^-I₂.

Реакция протекает в кислойсреде, поэтому в первую полуреакцию со сторонынедостаткакислорода следует добавить число молекул воды, необходимое для компенсации недостатка кислорода. В данном примере, чтобы уравнять количество атомов кислорода, необходимо добавить 7 молекул воды в правую часть первой полурекции. В противоположную сторону полуреакции следует добавить число катионов водорода, необходимое для баланса по водороду (в данном случае - в левую часть 14 ионов Н⁺). Далее необходимо сбалансировать заряды с помощью электронов:

Cr₂O₇^2-+ 14 Н⁺+ 6e^-2Cr³⁺+ 7Н₂О

2 I^-- 2 e^-I₂.

Суммарное уравнение получим, подбирая множители для каждой полуреакции (по наименьшему общему кратному электронов), чтобы число принятых электронов было равно числу отданных электронов. Суммируем обе полуреакции с учетом найденных коэффициентов, при этом отдельно - левые и правые части полуреакций:

Cr2O72-+ 14 Н++ 6e-2Cr3++ 7Н2О	1
2 I- - 2 e-  I2	3
Cr2O72-+ 14 Н++ 6 I-2Cr3++ 7Н2О+ 3 I2

Переносим полученные коэффициенты в исходное молекулярное уравнение. Количество ионов, не участвующих в реакции (в нашем случае - ионы калия и сульфат-ионы) досчитываем дополнительно.

К₂Cr₂O₇+6 KI + 7 Н₂SO₄= Cr₂(SO₄)₃+3 I₂+4 K₂SO₄+ 7 H₂O

Правильность подбора коэффициентов проверяем по кислороду.

8.1.2. Взаимодействие в щелочной среде.

KNO₃+ Al + KOHNH₃+ KAlO₂,

Окислителем является KNO₃, содержащий азот в высшей степени окисления +5. Восстановитель (Al) имеет степень окисления 0. Ионная схема:

K⁺+ NO₃^-+ Al + K⁺+ ОН^-NH₃+ K⁺+ AlO₂^-

Полуреакции для окислителя и восстановителя:

NO₃^-NH₃,

Al AlO₂^-.

Реакция протекает в щелочнойсреде, поэтому для компенсации атомов кислорода в полуреакциях добавляем молекулы воды со стороныизбыткакислорода в количестве, равном сумме этого избытка и недостатка атомов водорода, а в противоположную сторону полуреакции дописываем гидроксид-ионы: 6H₂O - в левую и 9 ОН^-- в правую часть в полуреакции восстановления нитрат-иона до аммиака; 2 H₂O - в правую и 4 ОН^-- в левую часть полуреакции окисления алюминия до алюминат-иона. Таким образом, получим:

NO₃^-+ 6H₂ONH₃+ 9 ОН^-,

Al + 4 ОН^-AlO₂^-+ 2H₂O.

Считаем заряды. В левой части полуреакции окислителя суммарный заряд (1^-), а в правой (9^-), поэтому для компенсации зарядов к левой части добавляем 8 электронов и получаем полуреакцию для окислителя. В левой части полуреакции окисления суммарный заряд (4^-), а в правой (1^-), поэтому для компенсации зарядов от левой части убираем 3 электрона и получаем полуреакцию окисления:

NO₃^-+ 6H₂O + 8e^-NH₃+ 9 ОН^-,

Al + 4 ОН^-- 3e^-AlO₂^-+ 2H₂O.

Подбираем множители к каждой полуреакции так, чтобы число отданных электронов, было равно числу принятых. Левые и правые части полуреакций суммируем с учетом найденных коэффициентов:

NO3- + 6H2O + 8e- NH3 + 9 ОН-	3
Al + 4 ОН- - 3e- AlO2- + 2H2O	8
3NO3- +18H2O+8Al +32ОН-3NH3+27ОН- +8AlO2- +16H2O

Подчеркиваем одинаковые частицы и производим их алгебраическое сложение. Получаем реакцию в ионном виде:

8Al + 3NO₃^-+ 2H₂O + 5 ОН^-8AlO₂^-+ 3NH₃.

Как видим, в левую часть пришлось дописать недостающее вещество - 2 молекулы воды. Молекулярное уравнение содержит ионы натрия, не изменившиеся в результате реакции:

8Al + 3KNO₃+ 2H₂O + 5 KOH8KAlO₂+ 3NH₃.

Правильность подбора коэффициентов проверим по всем элементам.

8.2. Метод электронного балансаприменяется при расстановке коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в газообразной среде или при участии других неэлектролитов. В этом случае невозможно записать уравнение в ионном виде, поэтому исключается возможность воспользоваться методом полуреакций. Недостатком метода электронного баланса является формальный подход: мы имеем дело не с реально реагирующими ионами или молекулами, а с атомами, несущими условный заряд (степень окисления). Преимуществом этого метода является быстрота расстановки коэффициентов

^-3NН₃⁺¹+ O₂⁰N₂⁰+⁺¹Н₂O^-2

Определяем, какие элементы изменили степень окисления. В нашем случае - это азот и кислород. Составляем для них уравнения электронного баланса:

2N-3 - 6e-  N20	2 окисление
O20+4e-2O-2	3 восстановление
4N-3+ 3O202N20+ 6O-2

Переносим найденные коэффициенты в молекулярное уравнение:

4 NH₃+ 3 O₂= 2 N₂+ 6 H₂O.

Правильность подбора коэффициентов проверяется по всем элементам.