Степень окисления (окислительное число, состояние окисления) - это
условный заряд атома в молекуле, вычисленный согласно предположению, что молекула состоит только из ионов.
Для определения степени окисления атомов в химических соединениях руководствуются следующими правилами:
1. Кислороду в химических соединениях всегда приписывают степень окисления —2 (исключение составляют фторид кислорода OF2 и пероксиды типа Н2О2, где кислород имеет степень окисления соответственно +2 и -1).
2. Степень окисления водорода в соединениях считают равной +1 (исключение:
в гидридах, например, в Сa+2Н2-1).
3. Металлы во всех соединениях имеют положительные значения степени
окисления.
4. Степень окисления нейтральных молекул и атомов (например, H2, С и др.) равна нулю, так же как и металлов в свободном состоянии.
5. Для элементов, входящих в состав сложных веществ, степень окисления
находят алгебраическим путём. Молекула нейтральна, следовательно, сумма
всех зарядов равна нулю. Например, в случае H2+1SO4-2 составляем уравнение с
одним неизвестным для определения степени окисления серы:
2(+1) + х + 4(-2) = 0, х-6 = 0, х = 6.
Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.
Основные положения теории ОВР
1) Окислениемназывают процесс отдачи электронов атомом, молекулой или
ионом. Степень окисления при этом повышается. Например, А1 - 3е – Аl+3.
2) Восстановлениемназывают процесс присоединения электронов атомом,
молекулой или ионом. Степень окисления при этом понижается. Например,
S + 2e= S-2.
3) Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями.Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями.
4) Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением, что можно выразить уравнениями:
восстановитель - е↔окислитель; окислитель + е↔восстановитель.
Окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов - окисления и восстановления.
Процессы окисления и восстановления выражают электронными уравнениями. В них указываются изменение степени окисления атомов и число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем. Так, для реакции
2К+1I-1 + 2Fe+3Cl3-1 = I20 + 2Fe+2Cl2-1 + 2K+1Cl-1 электронные уравнения имеют вид
2I-1 — 2е = I20 процесс окисления (восстановитель); Fe+3 + е = Fe+2 процесс восстановления (окислитель).
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций применяют два метода: метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций).
Метод электронного балансаявляется универсальным. В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных и конечных веществах, руководствуясь правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединённых окислителем. Для составления уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции. Последние определяются либо опытным путём, либо на основании известных свойств элементов.
Ионно-электронный метод (метод полуреакций)использует представления об электролитической диссоциации. Метод применяют только при составлении уравнений ОВР, протекающих в растворе. В отличие от метода электронного баланса данный метод даёт более правильное представление о процессах окисления — восстановления в растворах, так как рассматривает ионы и молекулы в том виде, в котором они существуют в растворе. Слабые электролиты или малорастворимые вещества записывают в виде молекул, а сильные - в виде ионов. При этом учитывают, что в водной
среде в реакции могут участвовать ионы Н+,ОН- и молекулы Н2О.Правила нахождения коэффициентов в уравнениях ОВР, протекающих в кислой, щелочной и нейтральной средах, неодинаковы.
Если реакция среды кислая
Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода связывается с двумя ионами водорода с образованием одной молекулы воды:
[О-2] + 2Н+ = Н2О.
Каждая недостающая частица кислорода берётся из молекулы воды, при этом освобождается два иона водорода: Н2О - [О-2] = 2Н+.
Если реакция среды щелочная
Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода реагирует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О-2] + Н2О = 2ОН-.
Каждая недостающая частица кислорода берётся из двух гидроксид-ионов с образованием одной молекулы воды: 2ОН- - [О-2] = Н2О.
Если реакция среды нейтральная
Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода взаимодействует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О-2] + Н2О = 2ОН- .
Каждая недостающая частица кислорода берётся из молекулы воды с образованием двух ионов водорода: Н2О - [О-2] = 2Н+.
Подбор коэффициентов ОВР ионно-электронным методом проводится в несколько этапов:
1) записать схему реакции (реакция среды кислая) в молекулярной форме,
например:
KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 = MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O;
2) записать схему реакции в ионной форме и определить ионы и молекулы, которые изменяют степень окисления:
К+ + МпО4- + 2Na+ + SO32- + 2H+ + SO42- = Mn2+ + SO42- + 2Na+ + SO42- +
+ 2K+ + SO42- + H2O;
3) составить ионно-электронные уравнения с участием выделенных ионов
и молекул, учитывая, что количество атомов кислорода уравнивают, используя
молекулы воды или ионы водорода.
Для данной реакции:
- недостаток атомов кислорода в кислой среде берётся из молекулы воды:
SO32- + H2O - 2е- = SO42- + 2Н+;
- избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами водорода в
молекулы воды:
MnO4- + 8H+ + 5е- = Мn2+ + 4Н2О;
4) умножить полученные уравнения на наименьшие множители для баланса по электронам:
SO32- + Н2О - 2е- = SO42- + 2H+ | 5 МпО4- + 8Н+ + 5е- = Mn2+ +4H2O | 2
5SO32- + 5H2O – l0e- = 5SO42- + 10H+ 2MnO4- + 16H+ + 10e- = 2Mn2+ +8H2O;
5) суммировать полученные электронно-ионные уравнения:
5SO32- + 5Н2О - 10е- + 2MnO4- + 16H+ + 10e- = 5SO42- + 10H+ + 2Mn2++ 8H2O;
6) сократить подобные члены и получить ионно-молекулярное уравнение
ОВР:
5SO32- + 2МпО4- + 6Н+ = 5SO42- + 2Мn2+ + 3Н2О;
7) по полученному ионно-молекулярному уравнению составить молекулярное уравнение реакции:
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O.
Окислительно-восстановительные реакции разделяют на три типа:
1) Межмолекулярные - это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах:
2Н28+6O4(конц.) + Сu0 = Cu+2SO4 + S+4O2 + 2Н2О.
2) Внутримолекулярные — это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле (атомы разных элементов):
2КС1+5О3-2 = 2КСl-1 + 3О2°
3) Диспропорционирование (реакции самоокисления-самовосстановления)
- это реакции, в которых окислителем и восстановителем являются атомы
одного и того же элемента:
280. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) MnSO4 + РЬО2 + HNO3 → HMnO4 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O;
2) HgS + HNO3 + HC1 → HgCl2 + S + NO + H2O;
3) Zn + KNO3 + KOH → K2ZnO2 + NH3 + H2O.
281. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) H2S + KMnO4 + H2SO4 → S + MnSO4 + K2SO4 + Н2О;
2) CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO2 + H2O;
3) I2 + H2O + C12 → HIO3 + HC1.
282. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) H2S + Na2SO3 + H2SO4 → S + Na2SO4 + H2O;
2) KI + KC1O3 + H2SO4 → I2 + KC1 + K2SO4 + H2O;
3) KMnO4 + NH3 → KNO3 + MnO2 + KOH + H2O.
283. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) I2 + HNO3 → НIO3 +NO + Н2О;
2) НСl + КМnО4 → КСl + МnС12 + С12 + Н2О;
3) Bi(NO3)3 + SnCl2 + NaOH → Bi + Na2SnO3 + NaNO3 + NaCl + H2O.
284. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) С12 + Вг2 + КОН → КС1 + КВrО3 + Н2О;
2) К2Сг2О7 + НСlO4 + HI → Сr(СlO4)3 + КС1О4 + I2 + Н2О;
3) Na2SO3 → Na2SO4 + Na2S.
285. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) Br2 + H2S + Н2О → HBr + H2SO4;
2) Nal + H2SO4 + NaIO3 → Na2SO4 + I2 + H2O;
3) KMnO4 + K2SO3 + H2O → K2SO4 + MnO2 + KOH.
286. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) К2Сг2О7 + НС1 → КС1 + СгС13 + С12 + Н2О;
2) КСlO3 + FeCl2 + НС1 → КС1 + FeCl3 + Н2О;
3) СоВг2 +О2 + КОН + Н2О → Со(ОН)3 + КВr.
287. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) SbCl3 + HgCl + NaOH → NaSbO3 + NaCl + Hg + H2O;
2) Co + HNO3 + H2SO4 → CoSO4 + N2 + H2O;
3) Al + K2Cr2O7 + H2SO4 → A12(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.
288. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) Co(NO3)2 + AgNO3 + NaOH → Со(ОН)3 + Ag + NaNO3;
2) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
3) C12 + NaOH → NaClO3 + NaCl + H2O.
289. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) KMnO4 + NaNO2 + Ва(ОН)2 → BaMnO4 + NaNO3 +KOH + Н2О;
2) Co(NO3)2 → Со2О3 + NO2 + О2;
3) Bi2S3 + HNO3→Bi(NO3)3 + NO + S + H2O.
290. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) КВг + КМпО4 + Н2О → Вг2 + МпО2 + КОН;
2) FeS2 + НМО3(конц.) → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2;
3) Bi2O3 + C12 + KOH → KBiO3 + KC1 + H2O.
291. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) К2МnО4 + Н2О → МnО2 + КМnО4 + КОН;
2) Сr(ОН)3 + Вr2 + КОН → К2СrО4 + КВr + Н2О;
3) Zn + Н2SО4(конц.) → ZnSO4 + SO2 + Н2О.
292. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) MnSO4 + KMnO4 + Н2О → MnO2 + K2SO4 + H2SO4;
2) FeSO4 + HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O;
3) KMnO4 + HNO2 + H2SO4 → HNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.
293. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) CuI + H2SO4 + KMnO4 → CuSO4 + I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
2) Mg + H2SO4 + HC1 → H2S + MgCl2 + H2O;
3) NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O.
294. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) А1 + КМnО4 + H2SO4 → A12(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
2) Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO + H2O;
3) K2Cr2O7 + SnCb + HC1 → KC1 + CrCl3 + SnCl4 + H2O.
295. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) СrС13 + AgCl + NaOH → Na2CrO4 + NaCl + Ag + H2O;
2) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O;
3) KOH + C1O2 → KC1O3 + KC1O2 + H2O.
296. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) Fe(OH)3 + С12 + КОН → K2FeO4 + КС1 + Н2О;
2) NaNO3 + Hg + H2SO4 → Na2SO4 + HgSO4 + NO + H2O;
3) CrCl3 +PbO2 + KOH → K2CrO4 + PbO + KC1 + H2O.
297. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) КСlO3 + FeSO4 + H2SO4 → КС1 + Fe2(SO4)3 + H2O;
2) Р + HNO3 + Н2О → Н3РО4 + NO;
3) KNO2 + KI + H2SO4 → NO + I2 + K2SO4 + H2O.
298. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) SnSO4 + К2Сr2О7 + H2SO4 → Sn(SO4)2 +Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
2) Р + Н2SО4(конц.) → Н3РО4 + SO2 + Н2О;
3) МnО2 + КСlO3 + КОН → K2MnO4 + KC1 + Н2О.
299. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) КМnО4 + РН3 + HNO3 → Mn(NO3)2 + Н3РО4 + KNO3 + Н2О;
2) МпО2 + СгС13 +NaOH → Na2CrO4 + МпС12 + Н2О;
3) Си + HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + NO2 + Н2О.
300. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) MnS + HNO3 → MnSO4 + NO2 + H2O;
2) H2O2 + K2Cr2O7 + НС1 → СгС13 + КС1 + О2 + Н2О;
3) KI + Cu(NO3)2 → Cul + KNO3 + I2.
301. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) NaCl + МnО2 + H2SO4 → С12 + MnSO4 + Na2SO4 + Н2О;
2) (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + Н2О;
3) Н3РО3 + КМnО4 + H2SO4 → Н3РO4 + MnSO4 + K2SO4 + Н2О.
302. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) Cr2(SO4)3 + Н2О2 + NaOH → Na2SO4 + Na2CrO4 + Н2О;
2) MnO2 + KBr + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Br2 + H2O;
3) NH4C1O4 + P → H3PO4 + C12 + N2 + H2O.
303. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) КМnО4 + K2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + H2O;
2) Ca3(PO4)2 + С + SiO2 → CaSiO3 + СО+ P;
3) C1O2 + Ba(OH)2 → Ba(ClO2)2 + Ba(ClO3)2 + H2O.
304. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методом
полуреакций:
1) KMnO4 + K2SO3 + КОН → K2MnO4 + K2SO4 + Н2О;
2) Н3РО3 + SnCl2 + Н2О → НС1 + Sn + Н3РО4;
3) МnО2 + Н2О2 + H2SO4 → MnSO4 + О2 + Н2О.