Окислительно-восстановительная двойственность

Если элемент проявляет промежуточную степень окисления, то в зависимости от свойств элемента-партнера он или его соединение может быть и окислителем, и восстановителем.

Например:

S⁰ + Zn⁰ → Zn⁺²S^–2 S⁰ + 2 → S^–2 окислитель.

S⁰ + O₂⁰ → S⁺⁴O₂^–2 S⁰ - 4 → S⁺⁴ восстановитель.

Н₂О₂ – перекись водорода.

I₂ + 5H₂O₂ → 2HIO₃ + 4H₂O.

I₂⁰ - 10e^- → 2I⁺⁵ 1 восстановитель.

2О^- + 2e^- → 2О^2– 5 окислитель.

HClO₃ + 3H₂O₂ → HCl + 3O₂ + 3H₂O.

Cl⁺⁵ + 6 e^- → Cl^– окислитель.

2О^- - 2 e^- → O₂⁰ восстановитель.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Все окислительно-восстановительные реакции делятся на 3 группы.

1. Реакции межмолекулярного окисления-восстановления. Это реакции, в которых окислитель и восстановитель представляют собой различные вещества. Они составляют наиболее обширную группу окислительно-восстановительных реакций.

3Н₂S^–2 + K₂Cr⁺⁶₂O₇ + 4H₂SO₄ → 3S⁰ + Cr⁺³₂(SO₄)₃ + K₂SО₄ + 7H₂O.

B O

S^-2 - 2e^- → S⁰ 3 восстановитель (В).

Cr⁺⁶ + 3e^- → Cr⁺³ 2 окислитель (О).

2Al⁰ + 3S⁰ → Al⁺³₂S^–2₃.

B O

Al⁰ - 3e^- → Al⁺³ 2 восстановитель.

S⁰ + 2e^- → S^-2 3 окислитель.

2. Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосста-новления). Это реакции, в которых окисляются и восстанавливаются атомы одного и того же элемента.

4KCl⁺⁵O₃ → KCl^– + 3KCl⁺⁷O₄.

B и О

Cl⁺⁵ - 2e^- → Cl⁺⁷ 3 восстановитель.

Cl⁺⁵ + 6e^- → Cl^- 1 окислитель.

3. Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления. Это реакции, в которых окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества.

(N^-3H₄)₂Cr⁺⁶₂O₇ → Cr⁺³₂O₃ + N⁰₂ + 4H₂O.

2N^-3 - 6e^- → N₂⁰ восстановитель.

2Cr⁺⁶ + 6e^- → 2Cr⁺³ окислитель.

Окислительно-восстановительный процесс зависит от:

1) активности окислителя и восстановителя;

2) температуры;

3) концентрации;

4) среды раствора.

Схемы перехода электронов в окислительно-восстановительных реакциях

Большое влияние на направление окислительно-восстановитель-ных реакций оказывает среда раствора (рН). В зависимости от среды раствора (кислая, щелочная, нейтральная) степень окисления элементов изменяется по-разному. Ниже приводятся некоторые схемы перехода электронов и изменения степени окисления элементов при окислительно-восстановительных реакциях.

1. Элементы с высшей положительной степенью окисления в кислой среде восстанавливаются до элементов с низшей положительной степенью окисления, а в щелочной среде, наоборот, из минимальной положительной окисляются до максимальной положительной, например:

в кислоте

Э^+max Э ^{+ min} .

в щелочи

Н⁺

Cr⁶⁺ Cr ³⁺ .

ОН^-

Н⁺

Mn⁷⁺ Mn ²⁺ .

ОН^-

2. В кислой среде отрицательно заряженные ионы в большинстве случаев окисляются до нейтральных атомов, а в щелочной нейтральные атомы восстанавливаются до отрицательно заряженных ионов:

Н⁺

Э ^- Э ⁰ .

ОН^-

S^–2 - 2e^- → S⁰

2Cl^– - 2e^- → Cl₂⁰.

3. В присутствии сильных окислителей (НNO₃) отрицательно заряженные ионы и нейтральные атомы могут окисляться до положительно заряженных ионов с максимальной степенью окисления по схемам:

Э ^- Э ^{+ max} S^2- - 8e^- → S⁶⁺.

HNO₃

Э ⁰ Э ^{+ max} S⁰ - 6e^- → S⁶⁺.

4. Окислительно-восстановительные переходы для соединений марганца характеризуются тем, что в кислой среде наиболее устойчив ион Mn²⁺ , в нейтральной – соединение Mn⁴⁺ (MnO₂), щелочной – Mn⁶⁺. Например:

в кислотах Mn²⁺ (MnSO₄).

Mn⁷⁺ в воде Mn⁴⁺ (MnO₂).

в щелочах Mn⁶⁺ (KMnO₄).

5. Если элемент проявляет две характерные для него степени окисления, то независимо от среды раствора соединения с низшей степенью окисления элемента под действием окислителя переходят в соединения с высшей степенью окисления элемента по следующей схеме:

HNO₂ → HNO₃. H₃PO₃ → H₃PO₄.

NaNO₂ → NaNO₃. Na₃PO₃ → Na₃PO₄.

H₂SO₃ → H₂SO₄ . FeSO₄ → Fe₂(SO₄)₃.

Na₂SO₃ → Na₂SO₄. FeCl₂ → FeCl₃.

H₃AsO₃ → H₃AsO₄. SnCl₂ → SnCl₄.

Na₃AsO₃ → Na₃AsO₄.

Следует отметить, что далеко не все окислительно-восстановите-льные реакции протекают по рассмотренным схемам.

Частный случай для азотной кислоты:

N⁺⁵ → N⁺² (NO) HNO_3p + Me.

N⁺⁵ → N⁺³ (N₂O₃) HNO_3p + Ag.

N⁺⁵ → N⁺⁴ (NO₂) HNO_3k + Me.

N⁺⁵ → N^–3 (NH₃) HNO_3оч.р + Zn.

В зависимости от условий протекания реакции возможны отклонения от приведенных схем.