III модуль окисно-відновні реакції основні поняття та визначення

Окисно-відновні реакції	- реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, що входять до складу реагуючих речовин.
Ступінь окиснення	- умовний заряд атома в молекулі, який розрахований, виходячи з припущення, що молекула складається з іонів.
Окиснення	- процес віддачі електронів атомом, молекулою або іоном: .
Відновлення	- процес приєднання електронів атомом, молекулою або іоном:
Окисники	- атоми, молекули або іони, що приєднують електрони. До них належать сполуки, які містять атоми в найвищому ступені окиснення, наприклад: та ін.
Відновники	- атоми, молекули або іони, що віддають електрони. До них належать сполуки, які містять атоми в найнижчому ступені окиснення, наприклад: та ін.

Приклади виконання завдань

Приклад 1. Визначення окисно-відновних властивостей сполук на підставі ступенів окиснення елементів.

Виходячи зі ступенів окиснення Нітрогену і Мангану в сполуках: , визначити, які з них можуть бути тільки окисниками, тільки відновниками, а які виявляють як окисні, так і відновні властивості.

Відповідь. В окисно-відновних реакціях відновник віддає електрони (окиснюється ), а окисник приєднує електрони (відновлюється).

Атом в найвищому ступені окиснення не може віддавати електрони і тому виявляє тільки окисні властивості, а в найнижчому ступені окиснення не може приймати електрони і тому виявляє тільки відновні властивості.

Ступені окиснення Нітрогену у вищенаведених сполуках дорівнюють:

–3 (найнижчий) у сполуці ;

+3 (проміжний) у сполуці ;

+5 (найвищий) у сполуці .

Ступені окиснення Мангану дорівнюють:

+4 (проміжний) у сполуці ;

+7 (найвищий) у сполуці .

Тому може бути тільки відновником;і- тільки окисниками;іможуть бути як окисниками, так і відновниками, залежно від інших реагентів та умов перебігу реакції.

Приклад 2. Визначення коефіцієнтів у рівняннях реакцій міжмолекулярного окиснення-відновлення.

Визначити коефіцієнти в рівнянні окисно-відновної реакції методами електронного та електронно-іонного балансів:

.

Розв’язання. До реакцій міжмолекулярного окиснення-відновлення відносяться реакції в яких змінюються ступені окиснення атомів елементів в молекулах (іонах) різних речовин. Визначивши ступені окиснення всіх елементів, які входять до складу речовин, знаходимо, що в запропонованій реакції змінюють ступені окиснення атом Хрому (від +3 до +6) і атом Хлору (від 0 до -1):

Це означає, що стан атома Хрому відповідає втраті трьох електронів, а стан атома Хлору – приєднанню одного електрона.

Складаємо схему електронного балансу та визначаємо коефіцієнти перед окисником і відновником, виходячи з рівності числа електронів відданих відновником і приєднаних окисником:

відновник		2 процес окиснення
окисник		3 процес відновлення
6е + 6е → 2Сr+6 +6Cl– 2Сr+3+→2Cr+6 + 6Cl–.

Одержані методом електронного балансу коефіцієнти розташовуємо перед відповідними речовинами в молекулярному рівнянні:

Додаткові коефіцієнти визначаємо порівнюючи з обох боків кількість нітрат- іонів, атомів Калію і атомів Гідрогену. Ознакою вірного вибору коефіцієнтів в рівнянні є однакове число атомів Оксигену в лівій та правій частинах рівняння. Рівняння реакції має вигляд:

При використанні електронно-іонного балансу зміну ступенів окиснення реагуючих речовин зображують за допомогою електронно-іонних схем реакцій. В електронно-іонну схему реакції окрім частинок, що окиснюються або відновлюються, включаються і молекули або іони, які характеризують середовище: кисле – іон Н⁺, лужне – іон ОН^–, нейтральне – молекули Н₂О.

Електронно-іонні рівняння складаються окремо для процесів окиснення і відновлення. Для даної реакції електронно-іонна схема має вигляд:

	Процес окиснення
	Процес відновлення

Число електронів, що віддає відновник, завжди дорівнює числу електронів, що приймає окисник.

Виходячи з рівності відданих та прийнятих електронів, визначаємо основні коефіцієнти рівняння та алгебраїчно складаємо два рівняння:

	2
	3
6е + 3Cl2 + 6е → 2+ 8Н2О +6Сl–

З урахуванням отриманих коефіцієнтів молекулярне рівняння реакції має вигляд:

Додатково визначаємо коефіцієнт перед калій нітратом порівнюючи з обох боків кількість атомів Калію, або нітрат-іонів.

Приклад 3. Визначення коефіцієнтів в рівняннях реакцій внутрішньомолекулярного окиснення – відновлення.

Визначити коефіцієнти в рівнянні окисно-відновної реакції методами електронного та електронно-іонного балансів:

Розв’язання. До реакцій внутрішньомолекулярного окиснення - відновлення відносяться реакції, в яких окисник і відновник входять до складу однієї й тієї самої молекули. Схема реакції окиснення – відновлення амоній дихромату:

Для рівнянь окисно-відновних реакцій, що відбуваються за відсутністю води, використовується тільки метод електронного балансу.

Схема електронного балансу даної реакції:

відновник	6е →	процес окиснення
окисник		процес відновлення
6е + +6е → +2Cr+3

За числом атомів гідрогену в молекулі алюміній дихромату визначаємо, що при розкладі однієї молекули утворюється 4 молекули води. Молекулярне рівняння реакції має вигляд

.

Приклад 4. Визначення коефіцієнтів в рівняннях окисно-відновних реакцій диспропорціонування.

Визначити коефіцієнти в рівнянні окисно-відновної реакції методами електронного та електронно-іонного балансів:

Розв’язання. Реакції диспропорціонування полягають у тому, що молекули однієї речовини реагують одна з одною як окисник і як відновник. Це відбувається тому, що в цих молекулах містяться атоми елементів з проміжним ступенем окиснення, які здатні віддавати і приймати електрони. Схема реакції диспропорціонування нітритної кислоти в молекулярному вигляді записується:

Знаходимо, що атом Нітрогену одночасно змінює ступінь окиснення від +3 до +5 (процес окиснення) та від +3 до +2 (процес відновлення).

Складаємо схему електронного балансу та визначаємо коефіцієнти перед окисником та відновником, виходячи з рівності числа електронів відданих відновником і приєднаних окисником:

відновник		1 процес окиснення
окисник		2 процес відновлення
2е ++2е → .

Одержані коефіцієнти розташовуємо перед відповідними речовинами в молекулярному рівнянні:

,

.

Остаточно перевіряємо кількість атомів Гідрогену і Оксигену.

Для використання електронно-іонного балансу записуємо електронно-іонну схему реакції:

	1
	2
2е + +2е →

Таким чином, з кожних трьох молекул нітритної кислоти у двох Нітроген виявляє властивості окисника, а в одній – властивості відновника.

Молекулярне рівняння реакції диспропорціювання має вигляд:

.