Степень окисленности. окисление и восстановление

Степень окисленности элемента в соединении определяется как число электронов, смещенных от атома данного элемента к другим атомам (при положительной окисленности) или от других атомов к атому данного элемента (при отрицательной окисленности).

Для вычисления степени окисленности элемента в соединении следует исходить из следующих положений:

1) степени окисленности элементов в простых веществах принимаются равными нулю;

2) алгебраическая сумма степеней окисленности всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю;

4) постоянную степень окисленности в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы II группы, цинк и кадмий (+2);

4) водород проявляет степень окисленности +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH2 и т. п.), где его степень окисленности равна — 1;

5) степень окисленности кислорода в соединениях равна —2, за исключением пероксидов ( — 1) и фторида кислорода OF₂ (+2).

Исходя из сказанного, легко, например, установить, что в соединениях NH₄, N₂H₄, NH₂OH, N₂0, NO, HN0₂, N0₂ и HN0₄ степень окисленности азота соответственно равна —4, —2, —1, +1, +2, +4, +4, +5.

Окислительно-восстановительными называются такие реакции, в результате которых изменяется степень окисленности одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Отдача атомом электронов, сопровождающаяся повышением его степени окисленности, называется окислением; присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисленности, называется восстановлением.

Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем; вещество, содержащее восстанавливающийся элемент, называется окислителем. Так, в реакции

4А1+40₂ = 2А1₂0₄

алюминий повышает степень окисленности от 0 до +4 и служит восстановителем; в результате реакции восстановленная форма алюминия (свободный алюминий) окисляется и превращается в сопряженную с ней окисленную форму (алюминий в степени окисленности +4). Кислород в этой реакции понижает степень окисленности от 0 до —2 и служит окислителем; в результате реакции окисленная форма кислорода (свободный кислород) восстанавливается и превращается в сопряженную с ней восстановленную форму (кислород в степени окисленности —2).

Оба процесса — окисление и восстановление — протекают одновременно. При этом общее число электронов, отданных восстановителем, равно общему числу электронов, принятых окислителем.

В рассмотренной реакции взаимодействуют два вещества, одно из которых служит окислителем (кислород), а другое — восстановителем (алюминий). Такие реакции относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления. Реакция

4Н₄Р0₄ = ЗН₄Р0₄+РН₄

служит примером реакций самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования), в которых одновременно образуются соединения, содержащие данный элемент в более окисленном и в более восстановленном состоянии по сравнению с исходным; при этом исходное вещество проявляет функции как окислителя, так и восстановителя. В последней реакции фосфористая кислота Н₄РО₄ (степень окисленности фосфора +4) выступает одновременно в роли окислителя, причем фосфор восстанавливается до степени окисленности —4 (РНз), и в роли восстановителя, причем фосфор окисляется до степени окисленности +5 (Н₄РО₄). Подобные реакции возможны, если соответствующий элемент находится в исходном соединении в промежуточной степени окисленности; так, в рассмотренном примере степень окисленности фосфора в исходном соединении (+4) имеет промежуточное значение между возможными максимальной (+5) и минимальной (—4) степенями окисленности этого элемента.

Контрольное задание

1. Определить степень окисленности серы в следующих соединениях: S0₂, H₂S, Na₂S0₄, CS₂, H₂S0₄, As₂ S_4.

2. Определить степень окисленности хрома в следующих соединениях: K₂Cr0₄ , Cr₂0₄, Fe(Cr0₂)₂, K₂Cr₂0₇, Cr₂(S0₄)₄,.

4. Указать, какие из приведенных процессов представляют собой окисление и какие — восстановление: S —> S0₄^2-; S —> S^2- ; Sn → Sn⁴⁺; К → К⁺; Вг₂ ^-→ 2Вг^-;

4. Указать, в каких из приведенных процессов происходит окисление азота и в каких — восстановление, как изменяется в каждом случае степень окисленности азота: NH₄⁺→ N₂; NO₄^- →NO; NO₂ ^- →NO₄^-; N0₂→N0₂^-.

5. Какие из следующих реакций относятся к окислительно-восстановительным?

а) Н₂+Вг₂ = 2НВг;

б) NH₄C1 = NH₄+HC1;

в) NH₄N0₄ =N₂0+2H₂0;

г) 2K₂Cr0₄+H₂S0₄ = K₂Cr₂0₇+K₂S04+H₂0;

д) H₄B0₄+4HF = HBF₄+4H₂0;

е) Fe + S = FeS .

6. Для следующих реакций указать, какие вещества и за счет каких именно элементов играют роль окислителей и какие — восстановителей:

а) S0₂ + Br₂+2H₂0 = 2HBr + H₂S0₄;

б) Mg + H₂S0₄=MgS0₄ + H₂;

в) Cu+2H₂S0₄ = CuS0₄ + S0₂+2H₂0;

г) 412+6К0Н = КIO₄+5К1+ЗН₂0 .

7. Какие из приведенных реакций относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления, к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления и к реакциям диспропорционирования?

а) 4КМп0₄+4КОН = 4К₂Мп04 + 0₂+2Н₂0;

б) H₂S0₄+2H₂S = 4S+4H₂0;

в) NH4N0₂=N₂+4H₂0;

г) 4Р+ЗК0Н+ЗН₂0 = РН₄+ЗКН₂Р0₂;

д) 2Н₂0₂ = 2Н₂0 + 0₂;

е) 2KMn0₄+4MnS0₄+4H₂0 = 5Mn0₂+K₂S0₄+2H₂S0₄ .

8. Указать, какие из перечисленных реакций относятся к окислительно-восстановительным:

а) Cr₂ (S0₄)₄ + 6RbOН = 2 Сг(ОН)₄ + 4 Rb₂S04 ;

б) 2Rb+2H₂0 = 2RbOH + H₂;

в) 2CuI2 = 2CuI + I₂;

г) NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₄+H₂0;

9. Среди приведенных превращений указать реакции диспропорциоиирования:

а) S + KOH →K₂S0₄+K₂S + H₂0;

б) Аи₂0₄ -> Аи + 0₂ ;

г) HC10 → C10₂ + HC10₄;

д) N₂H₄-+N2 + NH4;

е) AgNОз → Ag + N0₂ + 0₂ .

10.В каких из указанных превращений кислород выполняет функции восстановителя:

а) Ag₂ О → Ag + 0₂ ;

б) F₂+H₂O → HF + 0₂;

в) NH₄ + 0₂ → N₂+H₂0;

г) AgN0₄+KOH + H₂0₂ → Ag + KN0₄ + 0₂ .

11.К какому типу можно отнести каждую из приведенных реакций?

CaCO₄ = CaO + CO2

HCl + NH₄ = NH₄Cl

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

12. Определить степень окисления марганца в соединениях KMnO₄ и K₂MnO₄

14 Перекись водорода способна быть как окислителем, так и восстановителем. Найдите окислитель и восстановитель в следующих реакциях:

1) 2 KI + H₂O₂ = I₂ + 2 KOH

2) I2 + 5H₂O₂ = 2HIO₄ + 4H₂O

2) HClO + H₂O₂ = HCl + O₂ + H₂O

14. Что такое окислитель, восстановитель, степень окисления?

15. Приведите 4 примера веществ, проявляющих как свойства окислителя, так и восстановителя

16. . Указать, какие из приведенных процессов представляют собой окисление и какие — восстановление: Вг₂ ^-→ 2Вг^-; ^-; S —> S^2- ; Sn → Sn⁴⁺; К → К⁺; S —> S0₄²

17. 9. Среди приведенных превращений указать реакции диспропорциоиирования:

а) НС1 + Сг0→СгС1₄ + С1₂+Н₂0;

б) Аи₂0₄ -> Аи + 0₂ ;

в) S + KOH →K₂S0₄+K₂S + H₂0;

г) HC10 → C10₂ + HC10₄;

д) N₂H₄-+N2 + NH4;

е) AgNОз → Ag + N0₂ + 0₂ .

18. Для следующих реакций указать, какие вещества и за счет каких именно элементов играют роль окислителей и какие — восстановителей:

а) 41₂+6К0Н = КIO₄+5К1+ЗН₂0

б) Mg + H₂S0₄=MgS0₄ + H₂;

в) S0₂ + Br₂+2H₂0 = 2HBr + H₂S0₄;

г) Cu+2H₂S0₄ = CuS0₄ + S0₂+2H₂0

ЛИТЕРАТУРА

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учебник/под ред. В.А. Попкова, А.Б. Бабкова. - 18-е изд., перераб. И доп. - М.: Изд. Юрайт; ИД Юрайт, 2011. - 886 с. - Серия: Основы наук. – 20 экз.

2. 4.Дурягина, Е.Г. Химия [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Дурягина Е.Г., Гончаров А.В.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2013.— 48 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12536.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

3. 5.Бландов, А.Н. Химия [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Бландов А.Н.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2013.— 76 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12537.— ЭБС «IPRbooks», по паролю