Файл: Учебнометодическое пособие Тюмень, 2018 удк 54 н 24. 1 Рецензенты.docx

Глава 8. Окислительно-восстановительные реакции.
8.1. Основные понятия окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции подразделяются на две группы: 

• 
  протекающие без изменения степеней окисления атомов, например:
  

2 KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2 H₂O,

• 
  окислительно–восстановительные реакции, идущие с изменением степени окисления, например:
  

4 N^3-H₃ + 3 O₂^o = 2 N₂^o + 6 H₂O^2– ,

2 K^o + 2 H²⁺O = 2K⁺OH + H₂^o,

2 Ag⁺N⁵⁺O₃^2–   2 Ag^o + 2 N⁴⁺O₂ + O₂^o.

Химические реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно–восстановительными.

Окисление– это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом:

Na^o – 1e = Na⁺;

Fe²⁺ – e = Fe³⁺;

H₂^o – 2e = 2H⁺;

2 Br^– – 2e = Br₂^o.

Восстановление– это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом:

S^o + 2e = S^2–;

Cr³⁺ + e = Cr²⁺;

Cl₂^o + 2e = 2Cl^–;

Mn⁷⁺ + 5e =Mn²⁺.

Атомы, молекулы или ионы, принимающие электроны, называются окислителями. Восстановителямиявляются атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны.

Принимая электроны окислитель в процессе протекания реакции восстанавливается, а восстановитель – окисляется. Окисление всегда сопровождается восстановлением и наоборот. Таким образом, число электронов, отдаваемых восстановителем, всегда равно числу электронов, принимаемых окислителем.

Степень окисления

Степень окисления – это условный (формальный) заряд атома в соединении, рассчитанный в предположении, что оно состоит только из ионов. Степень окисления принято обозначать арабской цифрой сверху символа элемента со знаком “+” или “–”. Например, Al³⁺, S^2–.

Для нахождения степеней окисления руководствуются следующими правилами:

---

• 
  степень окисления атомов в простых веществах равна нулю;
  
• 
  алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона;
  
• 
  степень окисления атомов щелочных металлов всегда равна +1;
  

• 
  атом водорода в соединениях с неметаллами ( CH₄, NH₃ и т.д) проявляет степень окисления +1, а с активными металлами его степень окисления равна –1 ( NaH, CaH₂ и др.);
  
• 
  атом фтора в соединениях всегда проявляет степень окисления –1;
  
• 
  степень окисления атома кислорода в соединениях обычно равна –2, кроме пероксидов (H₂O₂, Na₂O₂), в которых степень окисления кислорода –1, и некоторых других веществ (надпероксидов, озонидов, фторидов кислорода).
  

Типичными окислителями являются:

1. Простые вещества, атомы которых обладают большой электроотрицательностью. Это, в первую очередь, элементы главных подгрупп VI и VII групп периодической системы: кислород, галогены. Из простых веществ самый сильный окислитель – фтор.

2. Соединения, содержащие некоторые катионы металлов в высоких степенях окисления: Pb⁴⁺, Fe³⁺, Au³⁺ и др.

3. Соединения, содержащие некоторые сложные анионы, элементы в которых находятся в высоких положительных степенях окисления: [Cr₂⁶⁺O₇]^2– , [Mn⁷⁺O₄,]^– [N⁵⁺O₃]^– и др.

К восстановителям относят:

1. Простые вещества, атомы которых обладают низкой электроотрицательностью – активные металлы. Восстановительные свойства могут проявлять и неметаллы, например, водород и углерод.

2. Некоторые соединения металлов, содержащие катионы (Sn²⁺, Fe²⁺, Cr²⁺), которые, отдавая электроны, могут повышать свою степень окисления.

3. Некоторые соединения, содержащие такие простые ионы как, например I^–, S^2– .

4. Соединения, содержащие сложные ионы (S⁴⁺O₃)^2– , (НР³⁺O₃)^2– , в которых элементы могут, отдавая электроны, повышать свою положительную степень окисления.

8.2.Классификация окислительно–восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции обычно разделяют на три типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).

---

Межмолекулярные реакции протекают с изменением степени окисления атомов, которые находятся в различных молекулах. Например:

2 Al + Fe₂O₃   Al₂O₃ + 2 Fe,

C + 4 HNO_3(конц) = CO₂   + 4 NO₂ + 2 H₂O.

К внутримолекулярным реакциям относятся такие реакции, в которых окислитель и восстановитель входят в состав одной и той же молекулы, например:

(NH₄)₂Cr₂O₇   N₂  + Cr₂O₃ + 4 H₂O,

2 KNO₃   2 KNO₂ + O₂ .

В реакциях диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) атом (ион) одного и того же элемента является и окислителем, и восстановителем:

Cl₂ + 2 KOH   KCl + KClO + H₂O,

2. 
   NO₂ + 2 NaOH = NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O.
   

8.3. Алгоритм расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР методом электронного баланса

1. Определите степени окисления элементов.

2. Подчеркните символы элементов, степени окисления которых изменяются.

3. Выпишите элементы, изменяющие степени окисления.

4. Составьте электронные уравнения, определяя число отданных и принятых электронов.

5. Уравняйте число отданных и принятых электронов, подобрав наименьшее общее кратное и дополнительные множители.

6. Допишите уравнение реакции, расставив коэффициенты.

Пример: Расставьте коэффициенты в данной схеме реакции методом электронного баланса, определите окислитель и восстановитель, укажите процессы окисления и восстановления:

Fe₂O₃ + CO 

---

 Fe + CO₂.

Решение: Воспользуемся алгоритмом расстановки коэффициентов методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов:



2. Подчеркнем символы элементов, степени окисления которых изменяются:



3. Выпишем элементы, изменяющие степени окисления:



4. Составим электронные уравнения, определяя число отданных и принятых электронов:



5. Число отданных и принятых электронов должно быть одинаково, т.к. не заряжены ни исходные вещества, ни продукты реакции. Уравниваем число отданных и принятых электронов, подобрав наименьшее общее кратное (НОК) и дополнительные множители:



6. Полученные множители являются коэффициентами. Перенесем коэффициенты в схему реакции:

Fе₂О₃ + 3СО = 2Fе + 3СО₂.

8.4. Вопросы для самоконтроля

1. Что такое окислительно-восстановительные реакции?

2. Сформулируйте понятие окислителя и восстановителя.

3. Степень окисления, расчет.

4. Виды окислительно-восстановительных реакций.

5. Составление окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса.

8.5. Контрольные задания

101-110. Составьте электронные уравнения и подберите коэффициенты в реакциях, соответствующих вашему заданию. Рассчитайте, сколько граммов окислителя требуется для восстановления 10 г соответствующего реакции восстановителя.

101. KMnO₄+Na₂S+H₂SO₄=K₂SO₄+MnSO₄+Na₂SO₄+H₂O

102. KMnO₄+H₂O₂+H₂SO₄=K₂SO₄+MnSO₄+O₂+H₂O

103. MnO₂+HCl=MnCl₂+Cl₂+H₂O

104. Cu+HNO₃=Cu (NO₃)₂+NO+H₂O

105. K₂Cr₂O7+Na₂SO₃+H₂SO₄=K₂SO₄+Cr₂ (SO₄)₃+Na₂SO₄+H₂O

106. FeSO₄+KMnO₄+H₂SO₄=Fe₂ (SO₄)₃+K₂SO₄+MnSO₄+H₂O

107. KMnO₄+H₂

---

C₂O₄+H₂SO₄+K₂SO₄+MnSO₄+CO₂+H₂O

108. KMnO₄+KNO₂+H₂SO₄=K₂SO₄+MnSO₄+KNO₃+H₂O

109. Na₂S+K₂Cr₂O₇+H₂SO₄=Na₂SO₄+K₂SO₄+Cr₂ (SO₄)₃+H₂O

110. KMnO₄+HCl=Cl₂+KCl+MnCl₂+H₂O

---