Окисно-відновними називаються реакції, які супроводжуються зміною ступеня окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин
Елемент, атоми якого віддають електрони, називається відновником. Під час реакції він окиснюється. Елемент, атоми якого приймають електрони, називається окисником. Під час реакції він відновлюється.
Окисно-відновні властивості речовин визначаються за її хімічною активністю, яка виражається через окисно-відновний (оксред-) потенціал, який буває стандартний Е0Ox/Red і реальний ЕOx/Red. Реальний окисно-відновний потенціал визначається за рівнянням Нернста:
ЕOx/Red = Е0Ox/Red + , В
Приклад: Fe3+ + 1е ® Fe2+
ЕFe3+/Fe2+ = Е0Fe3+/Fe2+ +
Значення стандартних окисно-відновних потенціалів дозволяє зробити висновок про можливість перебігу реакції за стандартних і реальних умов: якщо різниця стандартних або реальних окисно-відновних потенціалів(е.р.с.) вихідних речовин реакції позитивна, то можливе проходження реакції в напрямі продуктів реакції.
е.р.с. = Е0Ox - Е0 Red або е.р.с. = ЕOx - Е Red
Приклад: Sn2+ + 2Fe3+ ® Sn4+ + 2Fe2+
Е0Fe3+/Fe2+ = +0,77 В; Е0Sn4+/Sn2+ = =0,15 В (дані довідника)
ΔЕ0 = Е0Fe3+/Fe2+ - Е0Sn4+/Sn2+ = 0,77 В – 0,15В = 0,62 В
Різниця стандартних окисно-відновних потенціалів позитивна, отже реакція проходить у правий бік, тобто в напрямі утворення Sn4+ і Fe2+ -йонів.
Оксред-пара з більшим стандартним окисно-відновним потенціалом є окисником по відношенню до оксред-пари з меншим стандартним окисно-відновним потенціалом.
Наприклад, пара MnO4-/Mn2+ по відношенню до пари Вr2/2Вr- буде окисником, оскільки Е0MnO4-/Mn2+ = +1,52 В, а Е0Вr2/2Вr- = +1,06 В.
Повнота проходження окисно-відноної реакції в заданому напрямі визначається константою рівноваги окисно-відновного процесу – Кр. Якщо Кр> 1, то реакція проходить у напрямі утворення продуктів реакції. Якщо Кр< 1, реакція не проходить без зміни відповідних умов.
Константа рівноваги окисно-відновної реакції визначається за формулою:
Е0Ox та Е0Red - стандартні електродні потенціали, В.
n - число електронів, що перемістилися (відданих або прийнятих).
Наприклад, для реакції: Sn2+ + 2Fe3+ ® Sn4+ + 2Fe2+
Отже, Кр свідчить про повноту проходження реакції вправо.
Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій використовують метод електронного балансу і метод напівреакцій. В основі методу електронного балансу лежить порівняння ступенів окиснення атомів елементів у вихідних і кінцевих речовинах окисно-відновної реакції.
Складаючи рівняння методом електронного балансу слід пам’ятати, що кількість електронів, відданих відновником, дорівнює кількості електронів, одержаних окисником.
Рівняння складається в кілька стадій:
1. Записують схему реакції.
KMnO4 + HCl ® KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
2. Визначають ступені окиснення елементів вихідних речовин і продуктів реакції.
K O4 + H
® KCl +
Cl2 +
+ H2O
3. Виділяють елементи, що змінюють ступені окиснення, і визначають число електронів, прийнятих окисником і відданих відновником.
+ 5ē ®
2 – 2ē ®
4. Зрівнюють число принятих і відданих електронів, установлюючи тим самим коефіцієнти для сполук, у яких присутні елементи, що змінюють ступінь окиснення.
![]() ![]() | |
2 ![]() ![]() |
––––––––––––––––––––––––
2 + 10
® 2
+ 5
5. Підбирають коефіцієнти для всіх інших учасників реакції.
2K O4 + 16H
® 2KCl + 2
Cl2 + 5
+ 8H2O
Окисно-відновні реакції мають велике значення у практиці аналітичної хімії. Зокрема, вони використовуються у якісному аналізі для виявлення та відокремлення окремих катіонів і аніонів, розчинення різних речовин чи для маскування йонів.
Контрольні запитання для самостійної роботи
1. Які хімічні реакції називаються окисно-відновними?
2. Який процес називається окисненням, а який відновленням? Наведіть приклади.
3. Суть методу електронного балансу.
4. Визначте ступінь окиснення елементів. Розставте коефіцієнти в окисно-відновних реакціях методом електронного балансу. Вкажіть процеси окиснення та відновлення, окисник та відновник.
ZnS + O2 → ZnO + SO2
KClO3 + I2 + H2O → HIO3 + KCl
H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
5. Окисно-відновні потенціали та їх використання для визначення напряму окисно-відновних реакцій.
6. Визначте можливість перебігу окисно-відновної реакції
2FeCl3 + SnCl2 ↔ 2FeCl2 + SnCl4
7. Визначте константу рівноваги реакції за стандартних умов
2КВr + Cl2 ↔ 2КCl + Вr2
8. Використання окисно-відновних реакцій в якісному аналізі.
9. Відновники та окисники в якісному аналізі.