4.2. Окислительно-восстановительные реакции
В окислительно-восстановительных реакциях одни атомы (в составе восстановителя) отдают электроны, а другие атомы (в составе окислители) их принимают. Так, например, для реакции
процессы отдачи и присоединения электронов можно записать следующими электронными схемами:
восстановитель
;
окислитель
.
Но следует заметить, что такие схемы условны, так как в большинстве окислительно-восстановительных реакций отдельные атомы электронов не отдают и не присоединяют. Изменение степени окисления элементов является результатом изменения состава и строения всех веществ, участвующих в реакции.
Пример 4.6. Среди данных уравнений укажите уравнения окислительно-восстановительных реакций:
1) Cu(OH)2 = CuO + H2O 2) Mg + Cl2 = MgCl2
3) NH3 + HNO3 = NH4NO3 4) 3I2 + 10HNO3 = 6HIO3 + 10NO + 2H2O
Решение. В первой и третьей реакциях степень окисления атомов не изменяется. Во второй реакции магний и хлор в левой части уравнения имеют нулевую степень окисления, а в правой части, в составе хлорида магния +2 и –1, соответственно. В четвёртой реакции изменяется степень окисления иода (слева 0, справа +5) и азота (слева +5, справа +2). Следовательно, уравнения 2 и 4 – это уравнения окислительно-восстановительных реакций.
4.3. Окислители и восстановители
Восстановителем называется вещество, в состав которого входит элемент, повышающий степень окисления. Окислителем называется вещество, в состав которого входит элемент, понижающий степень окисления при протекании окислительно-восстановительной реакции.
С точки зрения электронной теории, окислением называют процесс отдачи электронов. Вещество, присоединяющее электроны и вызывающее таким образом окисление другого вещества, называется окислителем. Окислителями являются большинство неметаллов (галогены, кислород, сера и др.), многие кислородосодержащие кислоты (HNO3, HCIO4, HCIO3, HCIO2, HCIO, H2SO4, H2SeO4) и их соли (NaNO3, KCIO3, NaCIO2, NaCIO); соединения металлов в высших положительных степенях окисления (KMnO4, K2Cr2O7, K2FeO4, NаBiO3).
Восстановлением, согласно электронной теории, называют процесс присоединения электронов. Вещество, отдающее электроны (и этим вызывающее восстановление другого вещества), называется восстановителем. Восстановителями являются металлы, соединения металлов в низших степенях окисления (FeSO4, SnCl2, CrCl3, MnSO4 и др.), некоторые неметаллы (H2, C, Si), соединения неметаллов в отрицательных степенях окисления (NaH, NH3, N2H4, NH2OH, H2S, HI, KI); соединения неметаллов в немаксимальных положительных степенях окисления (SO2, H2SO3, K2SO3, HNO2, NaNO2, H3PO3, H3PO2).
Многие вещества в зависимости от партнёра по реакции и условий её проведения могут быть как восстановителями, так и окислителями. Способность многих веществ быть как восстановителями, так и окислителями, называется их окислительно-восстановительной двойственностью.
Например, в ряду соединений, расположенных по возрастанию степени окисления азота
,
аммиак обладает только восстановительными свойствами, так как в его составе азот находится в крайней отрицательной степени окисления, которая может только повышаться. Азотная кислота, наоборот, обладает только окислительными свойствами, так как азот в ней находится в крайней положительной степени окисления, которая может только понижаться. Остальные вещества, в которых азот находится в промежуточных степенях окисления, обладают окислительно-восстановительной двойственностью.
Таким образом, окислительно-восстановительной двойственностью обладают вещества, в состав которых входят элементы в промежуточных степенях окисления.
Пример 4.7. Среди данных соединений укажите окислители, восстановители и вещества с окислительно-восстановительной двойственностью: 1) FeCl3, K2FeO4, Fe; 2) K2S, H2SO4, Na2SO3 ; 3) CH4, K3VO4, SnCl2.
Решение. В перечне 1 степень окисления железа в соединениях равна +3 (FeCl3), +6 (K2FeO4) и 0 (Fe), следовательно окислителями являются феррат калия K2FeO4, восстановителем – железо (Fe), а хлорид железа (III) FeCl3 обладает окислительно-восстановительной двойственностью.
В перечне 2 окислителем является серная кислота (степень окисления серы +6 – максимальная), восстановителем – H2S (степень окисления серы –2 – минимальная), а двойственными свойствами обладает сульфит натрия Na2SO3 (степень окисления серы +4 – промежуточная).
В перечне 3 минимальную степень окисления (–4) имеет углерод, поэтому метан CH4 – восстановитель, максимальную – ванадий (+5), поэтому ортованадат калия K3VO4 – окислитель, а промежуточную (+2) – олово, поэтому хлорид олова (II) SnCl2 обладает окислительно-восстановительной двойственностью.