химия

Лекция № 12

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными  называются реакции, происходящие с изменением степени окисления элементов.

Степенью окисления называют условный заряд, который получил бы атом. если предположить, что вся молекула состоит из отдельных ионов (+ и - ).

Степень окисления простых веществ равна нулю. Нужно учитывать при определении степени окисления элемента в соединении, что некоторые элементы имеют постоянную степень окисления. Это щелочные металлы (+1); щелочноземельные (+2); водород в соединениях с неметаллами +1, а в соединениях с металлами -1 (гидриды). Фтор, как самый электроотрицательный элемент имеет степень окисления -1, цинк +2. серебро +1, алюминий +3. Остальные элементы имеют определенную степень окисления.

K⁺Cl⁺⁵O^-2₃ ; K⁺Mn⁺⁷O₄^-2; H₂⁺S⁺⁶O₄^-2;  H₂⁺S⁺⁶O₃^-2;  K₂⁺Cr⁺⁶O₄^-2;   K₂⁺Cr₂⁺⁶O₇^-2;

N^-3H₄⁺O^-2H⁺;    H⁺N⁺⁵O₃^-2 и т. д.

Окислительно-восстановительные реакции сопровождаются переходом электронов, вследствие чего и применяются степени окисления элементов.

Окислением называется процесс, при котором происходит отдача электронов, элемент, отдающий электроны, является восстановителем.

Восстановлением называется процесс, при котором происходит присоединение электронов, элемент при этом – окислитель.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

I.                   Метод электронного баланса

1.     Внутримолекулярные реакции окисления – восстановления

KClO₃ ® KCl + O₂

a)     вначале определяют степень окисления всех элементов

K⁺Cl⁺⁵O^-2  ® K⁺Cl^- + O₂⁰

б) затем выделяют элементы, изменившие степень окисления, и составляют электронный баланс

Cl⁺⁵ + 6e ® Cl^-

2O^-2 – 4e ® O₂⁰

  Cl⁺⁵ + 6e ® Cl^-

2O^-2 – 4e ® O₂

г) полученные коэффициенты переносят в уравнение реакции

2KClO₃ ® 2KCl + 3O₂

2.     Молекулярные реакции окисления – восстановления

KMnO₄ + KI + H₂SO₄ ® K₂SO₄ + MnSO₄ + I₂ + H₂O

Определяют степени окисления элементов и составляют электронный баланс.

K⁺Mn⁺⁷O₄^-2 + K⁺I^- + H₂ ⁺S⁺⁶O₄ ^-2® K₂ ⁺S⁺⁶O₄ ^-2 + Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2+ I₂⁰+ H₂⁺O^-2

2I^- - 2e ® I₂

Сначала уравнивают элементы окислители и восстановители, а затем подбирают коэффициенты для: а) металла; б) кислотных остатков; в) водорода. По кислороду уравнение реакции проверяют

2KMnO₄ + 10KI + 8H₂SO₄ ® 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5I₂ + 8H₂O

3.     Реакции диспропорционирования

Na₂⁺S⁺⁴O₃^-2 ® Na₂⁺S⁺⁶O₄^-2 + Na₂⁺S^-2

S⁺⁴ – 2e ® S⁺⁶

4Na₂SO₄ ® 3Na₂SO₄ + Na₂S

Такие реакции называют реакциями самоокисления-восстановления.

II.                Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

уравнения окислительно-восстановительных реакций.

С помощью этого метода находят коэффициенты ко всем веществам, участвующих в реакции: окислителю, восстановителю и среде.

1.     Кислая реакция среды (рН < 7)

KMnO₄ + Na₂SO₃ + HCl ® MnCl₂ + Na₂SO₄ + KCl + H₂O

a) выписываем ионы MnO₄^-      ®     Mn²⁺

SO₃^2-         ®       SO₄^2-

г) приводим подобные:  2 MnO₄^- + 6H⁺+5SO₃^2- + ®2Mn²⁺ + 3H₂O+5SO₄^2-

д) переносим коэффициенты в уравнение реакции

2 КMnO₄ +5Na₂SO₃+6HCl®2MnCl₂ +5Na₂SO₄^2-+3H₂O + 2KCl

2.     Нейтральная реакция среды

 КMnO₄ +Na₂SO₃+H₂О®MnО₂ +Na₂SO₄+ KОН

Схема уравнивания такая же как в случае кислой среды

а) MnO₄^-  ®  MnO₂

б) MnO₄^- + 2H₂O + 3e ® MnO₂ + 4OH^-

       SO₃^2- + H₂O – 2e  ® SO₄^2- + H₂O

в) 2MnO₄^- + 4Н₂О+ 3SO₃^2- +3Н₂О  ® 2MnO₄^2- + 8ОН^– + 3SO₄^2- + 6H⁺

6Н⁺ +8ОН^- ® 6Н₂О + 2ОН^- (образуется избыток ионов ОН^-)

г)  2MnO₄^- + 3SO₃^2- +Н₂О  ® 2MnO₂ +  3SO₄^2- + 2ОH^-

д) 2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O ® 2MnO₂ + 3NaSO₄ +2KOH

3.     Реакции в щелочной среде

KMnO₄+Na₂SO₃+KOH ® K₂MnO₄+Na₂SO₄ + H₂O

SO₃^2- + 2OH^- – 2e ® SO₄^2- + H₂O

2MnO₄^- + SO₃^2- +2OH^– ® 2MnO₄^2– + SO₄^2– +H₂O

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH ® K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

Реакции окисления – восстановления с участием пероксида водорода

Н⁺¹ - О^-1 - О^-1 - Н⁺

Имея такое строение, пероксид может проявлять как свойства окислителя, так и свойства восстановителя.

а) Н₂О₂ + 2е ® 2ОН^- (в щелочной и нейтральной среде)

    Н₂О₂ + 2е + 2Н⁺ ® 2Н₂О (в кислой среде)

б) Н_2­О₂ – восстановитель

    Н₂О₂ –  2е ® 2Н⁺ + О₂ (в кислой и нейтральной среде)

    Н₂О₂ – 2е + 2ОН^- ® 2Н₂О + О₂  (в щелочной среде)