Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными реакциями(ОВР) называют химические процессы, сопровождающиеся переносом электронов от одних молекул или ионов к другим, в результате чего происходит изменение степени окисления элементов, входящих в соединения.

Степень окисления (С.О.)– это условный заряд атома элемента, вычисленный из предположения, что все связи в молекуле соединения являются ионными. При вычислении С.О. какого-либо элемента следует знать те элементы, которые в своих соединениях проявляют всегда одну степень окисления (табл. 3). В любой окислительно-восстановительной реакции имеют место два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление.

Окисление– процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. При окислении С.О. элемента повышается: Al⁰ – 3e^- ® Al³⁺. Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. В этом случае С.О. элемента понижается: Fe³⁺ + 1 e^- ® Fe²⁺.

Восстановители– это частицы (атомы, молекулы, ионы) которые отдают электроны, сами при этом они окисляются. Окислители– это частицы, которые принимают электроны, сами при этом они восстанавливаются.

Таблица 3.

Элементы с постоянной степенью окисления

С.О.	Элементы
	Простые вещества
+1	H (кроме гидридов: CaH2, NaH и др.), Щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
+2	Щелочно-земельные металлы: Be, Mg,Ca, Ba, Sr, а также d-элементы: Zn, Cd
+3	B, Al
-2	O (кроме H2O2-1 и O+2F2)
-1	F

Рассмотрим алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса, суть которого заключается в уравнивании числа электронов, отданных восстановителем, и числа электронов, принятых окислителем.

1. Записывают молекулярное уравнение реакции, например:

Br₂ + H₂S + H₂O → HBr + H₂SO₄

2. Определяют степени окисления атомов всех элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

Br₂⁰ + H₂⁺¹S^-2 + H₂⁺¹O^-2 → H⁺¹Br ^-1 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

3. Находят элементы, атомы которых изменяют степени окисления. В данном случае это S и Br.

4. Определяют окислитель и восстановитель. Записывают электронные схемы окисления и восстановления. Определяют процессы окисления и восстановления. Подбирают коэффициенты, на которые следует умножить уравнения электронного баланса перед их суммированием.

S^-2 – 8ē ® S⁺⁶ 1 – окисление

Восст-ль

Br₂⁰ + 2ē ® 2Br ^-1 4 – восстановление

Окислительиььььь

S^-2 + 4Br₂⁰ ® S⁺⁶ + 8Br ^-1

Z = –2+ 4(0) = –2 Z = +6+8 (–1) = –2

5. Составляют суммарное уравнение электронного баланса, в котором расставляют коэффициенты с учетом числа принятых и отданных электронов. Проверяют равенство зарядов: сумма зарядов в левой количества уравнения должна совпадать с суммой зарядов в правой части.

6. Расставляют коэффициенты в уравнении реакции, соответствующие числу электронов, участвующих в процессе. Далее уравнивают число атомов, не участвующих в окислении-восстановлении: число атомов металлов, не изменивших С.О.; ионы кислотных остатков, не изменивших С.О.; число атомов водорода. Проверка правильности расстановки коэффициентов осуществляется подсчетом общего числа атомов кислорода слева и справа.

4 Br₂⁰ + H₂⁺¹S^-2 + 4 H₂⁺¹O^-2 → 8H⁺¹Br ^-1 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

Примеры решения задач

Пример 1. Определить степень окисления ванадия в молекуле Na₄V₂O₇.

Р е ш е н и е. Суммарный заряд молекулы равен нулю. Атомы Na и O относятся к элементам с постоянной степенью окисления (табл. 3). Учитывая, что в молекуле Na₄V₂O₇ 4 атома натрия и 7 атомов кислорода, составляем уравнение:

4 (+1) + 2x + 7 (-2) =0, при решении которого находим, что степень окисления ванадия в указанном соединении равна +5: x = +5.

Пример 2. Определить степень окисления кремния в ионе SiO₄^4–.

Р е ш е н и е. В этом случае суммарный заряд соединения равен –4. Постоянная С.О. кислорода равна –2 (табл.3). Учитывая что атомов кислорода в ионе SiO₄^4– четыре, составляем и решаем уравнение: x+ 4 (-2) = –4, x = +4.

Пример 3. Определить, окислением или восстановлением являются данные переходы: а) H₂O₂ ® O₂ , б) MnO₄^– ® MnO_2.

Р е ш е н и е. а) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений: . Данный переход представляет процесс окисления, так как происходит отдача электронов ионами кислорода: 2O^–1 – 2e^- ® O₂

б) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений: . Данный переход представляет процесс восстановления, так как происходит присоединение электронов ионами марганца: Mn⁺⁷ + 3e^– ® Mn⁺⁴.

1.12.Электрохимические процессы в гетерогенных системах.