Лабораторна робота 3

Тема: Окисно-відновні реакції

Мета: дослідити проходження окисно-відновних процесів в розчинах, визначити речовини окисники та відновники.

1. Теоретична частина

Окисно-відновними називаються хімічні реакції, які проходять із зміною ступеня окиснення атомів. Ступінь окиснення - формальний заряд атома, який визначається за умовою того, що зв'язок між частинами йонний.

В молекулі простої речовини водню (Н₂) зв'язок між атомами (Н-Н) ковалентний неполярний, відтягування спільної електронної пари до атомів не відбувається (Н:Н). Ступінь окиснення атомів Гідрогену в молекулі водню дорівнює 0.

Це позначається: .

В молекулі складної речовини хлороводню (HCl) зв'язок між атомами (H-Cl) ковалентний полярний. Відбувається відтягування спільної електронної пари від атома Гідрогену до більш електронегативного атома Хлору.

За умовою того, що відбувається утворення йонів Гідрогену та Хлору визначаємо ступені окиснення атомів:

Ступінь окиснення атома позначається над знаком хімічного елемента. В кристалічній гратці сполуки натрій хлору (NaCl) зв'язок йонний, який утворюється при реальному переході електрона від атома Натрію до значно більш електронегативного атома Хлору:

Утворюються частинки - йони, які мають реальний заряд йону:

Крім понять «ступінь окиснення атома» або «реальний заряд йона», які не можна ототожнювати, існує поняття «валентність», яке часто ототожнюють з поняттям «ступінь окиснення».

Валентність - це здатність атома утворювати певну кількість ковалентних зв’язків. Наприклад, в молекулах речовин СО₂, СН₄, НСОН, СН₃ОН, НСООН, Н₂С₂О₄ атом Карбону утворює чотири зв’язки, тобто валентність атома Карбону дорівнює IV:

а ступінь окиснення атому Карбону в молекулі кожної сполуки різна:

При розрахунках ступеня окиснення необхідно виходити з наступних положень:

1. В простих речовинах ступінь окиснення атомів завжди дорівнює нулю.

2. Атом Гідрогену у всіх сполуках має ступінь окиснення +1, крім сполук з металами - гідридів, де його ступінь окиснення дорівнює -1

( )

3. Атом Флуору в усіх сполуках має ступінь окиснення -1, тому що атом Флуору найбільш електронегативний атом.

4. Атом Оксигену в усіх сполуках має ступінь окиснення -2 за виключенням оксиген фториду ОF₂, де ступінь окиснення Оксигену +2, а також пероксидів, де ступінь окиснення Оксигену -1 ( ; ).

5. Атоми всіх s-елементів І групи періодичної системи

Д. І. Менделєєва мають ступінь окиснення в усіх сполуках +1 (крім Гідрогену), атоми s-елементів ІІ групи - завжди +2, атоми d- та f-елементів можуть мати різні ступені окиснення, але завжди позитивні.

6. Атом Алюмінію в усіх сполуках має ступінь окиснення +3.

7. Сума позитивних зарядів атомів в молекулі повинна дорівнювати сумі негативних зарядів - молекула електронейтральна частинка.

Розглянемо приклади розрахунків ступенів окиснення атомів в молекулах складних речовин:

1. В молекулі нітратної кислоти HNO₃ ступінь окиснення атома Нітрогену розраховується так: ступінь окиснення атома Оксигену -2, атомів Оксигену три: (-2)  3 = 6, тобто сумарний негативний заряд -6; звідки сумарний позитивний заряд дорівнює +6. У атома Гідрогену ступінь окиснення +1, тому у атома Нітрогену повинен бути +5 - .

б) Умовно в молекулі солі - у атома Калію ступінь окиснення +1, у атома Оксигену -2. Для розрахунку ступіні окиснення атома Хрому складемо алгебраїчне рівняння:

(+1)  2 + 2х + (2)  7 = 0 ;

х = + 6

Ступінь окиснення Хрому +6.

в) В сполуці Cr₂(SO₄)₃ - атом Оксигену має ступінь окиснення -2, а у атомів Хрому та Сульфуру - вона невідома. В цьому випадку треба згадати, що дана сіль - сіль сульфатної кислоти Н₂SO₄, і заряд кислотного залишку дорівнює 2- (Н₂SO₄2Н⁺+ SO₄^2-). Тоді загальна сума зарядів в цьому йоні

( )^2- повинна дорівнювати заряду йона, тобто 2-. Розрахуємо ступінь окиснення Сульфуру:

х + (2) 4 = 2 ;

х = + 6

Враховуючи заряд кислотного залишку та їх кількість можна розрахувати заряд атома Хрому:

2х + (2)  3 = 0 ;

х = + 3 .

При складанні хімічних рівнянь окисно-відновних реакцій застосовують, як правило, два метода:

1. метод електронного балансу, в основі якого лежить вирівнювання загального числа електронів, які атоми віддають чи приймають, в результаті чого змінюються їх ступіні окиснення;

2. метод йонно-електронного балансу, який передбачає вирівнювання зарядів реальних йонів до та після реакції.