Важнейшие окислители и восстановители

Свойства сложных веществ обусловлены наличием в их составе элементов с переменной степенью окисления. Если в состав вещества входит элемент с высшей степенью окисления, он может только понижать ее, т.е. участвовать в процессе восстановления. Следовательно, данное вещество может только присоединять электроны и выступать только в роли окислителя.

Если в состав вещества входит элемент с промежуточной степенью окисления, он может как повышать, так и понижать ее, т.е может участвовать и в процессе окисления, и в процессе восстановления. Следовательно, данное вещество может быть и окислителем, и восстановителем, в зависимости от второго участника реакции.

Важнейшими окислителямиявляются:

а) простые вещества – неметаллы с наибольшими значениями электроотрицательности – фтор F₂, кислород О₂;

б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в высшей степени окисления – KMnO₄, хроматы и дихроматы (например, дихромат калияK₂Cr₂O₇),HNO₃и ее соли – нитраты, концентрированнаяH₂SO₄, оксид свинца (IV)PbO₂, хлорная кислотаHClO₄и ее соли – перхлораты и др.

Важнейшими восстановителямиявляются:

а) все простые вещества – металлы. Наиболее активными восстановителями являются щелочные и щелочноземельные металлы, магний Mg, алюминийAl, цинкZn;

б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в низшей степени окисления –СН₄, силанSiH₄,NH₃, фосфин РН₃, нитриды и фосфиды металлов (напримерNa₃N,Ca₃P₂), Н₂Sи сульфиды металлов, галогеноводородыHI,HBr,HClи галогениды металлов, гидриды металлов (например,NaH,CaH₂) и др.

Среди веществ, содержащих элементы в промежуточных степенях окисления, есть вещества, для которых более характерными являются или окислительные, или восстановительные свойства. Обычно являются окислителями галогены Cl₂иBr₂, хлорноватистая кислотаHClOи ее соли – гипохлориты, хлораты (KClO₃и др.), оксид марганца (IV)MnO₂, соли трехвалентного железа (FeCl₃и др.). Как правило в роли восстановителей выступают Н₂, С, оксид углерода (II) СО, сульфиты металлов (Na₂SO₃и др.), соли двухвалентного железа (FeSO₄и др.).

Эквиваленты окислителей и восстановителей

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода. Если водород выступает в качестве восстановителя (или окислителя), то 1 моль его атомов высвобождает (или присоединяет) 1 моль электронов:

½Н₂ = Н⁺ + ē ½Н₂ + ē = Н^-

Поэтому эквивалентом окислителя (восстановителя) называется такое его количество, которое, восстанавливаясь (окисляясь), присоединяет (высвобождает) 1 моль электронов.

В соответствии с этим, молярная масса эквивалента окислителя (восстановителя) М_э равна его молярной массе М, деленной на число электронов n, которые присоединяет (высвобождает) одна молекула окислителя (восстановителя) в данной реакции: М_э = М/n [г/моль - экв]

Поскольку одно и то же вещество в разных реакциях может отдавать или присоединять разное число электронов, то и его эквивалентная масса может иметь различные значения. Так, KMnO₄ (М = 158,0 г/моль) в зависимости от кислотности среды восстанавливается по-разному.

В кислой среде восстановление протекает по уравнению:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē^- = Mn²⁺ + 4H₂O,

где n=5, эквивалент KMnO₄ равен 1/5 моля, а его молярная масса эквивалентна М_э = 158,0/5 = 31,6 г/моль-экв.

В нейтральной и слабощелочной средах уравнение полуреакции восстановления имеет вид:

MnO₄^- + 2Н₂О + 3ē = MnO₂ + 4OH^-,

откуда следует, что n=3, эквивалент KMnO₄ равен 1/3 моля, а М_э = 158,0/3=52,7 г/моль-экв.

Наконец, при восстановлении KMnO₄ в сильнощелочной среде

MnO₄^- + ē = MnO₄^2-,

где n=1, эквивалент KMnO₄ равен 1 молю, М_э =158,0 г/моль-экв.

Для составления уравнений ОВР используют метод электронного баланса и метод полуреакций (электроно - ионный метод).

1. Варианты контрольных заданий.