Классификация окислительно-восстановительных реакций
Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, например;
CaCO3 ® CaO + CO2 ,
или с указанием степеней окисления
Са+2С+4О-23 ® Са+2О-2 + С+4О-22
Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ:
2Hg+2O-2 ® 2Hg0 + O02; 2K+J- + Cl02 ® 2k+cl- + J02
В первой реакции ртуть и кислород, во второй йод и хлор изменяют степень окисления.
Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными реакциями (ОВР).С современной точки зрения изменение степени окисления связано с перемещением электронов, поэтому наряду с приведенным можно дать такое определение окислительно-восстановительных реакций (ОВР): это такие реакции, при которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим.
Рассмотрим основные положения, относящиеся к теории ОВР.
1.Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом; степени окисления при этом повышаются, например,
Al - 3 e- ® Al3+ H2 - 2 e- ® 2H+
Fe2+ - e- ® Fe3+ 2Cl-- 2e-® Cl2
2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом; степень окисления при этом понижается, например,
S0 + 2 e - ® S2-, Cl20 + 2 e - ® 2Cl-, Fe3+ + e- ® Fe2+
3. Окисление всегда сопровождается восстановлением; восстановление всегда связано с окислением, при этомколичество отданных и принятых электронов одинаково (сохранение электронного баланса).
Все ОВР разделяются на три группы: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). Кмежмолекулярным относятся реакции, у которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах, например,
3Н2 + N2 ® 2NH3,
4NH3 + 5O2 ®4NO + 6H2O.
К межмолекулярным относятся также реакции между веществами, в которых взаимодействующие атомы одного и того же элемента имеют разную степень окисления:
2Н2S + H2SO3 = 3S + 3H2O,
5hcl + HClO3 = 3Cl2 + 3H2O.
К внутримолекулярным относятся такие реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в одной и той же молекуле. В этом случае атом с большей степенью окисления будет окислять другой атом с меньшей степенью окисления:
2NaNO3 ® 2NaNO2 + O2,
(NH4)2Cr2O7 ® N2 + Cr2O3 + 4H2O.
К подобным реакциям относится и разложение веществ, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:
Nh4NO2 ® N2 + 2H2O,
NH4NO3 ® N2O + 2H2O.
Реакции диспропорционирования сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. Очевидно, реакции диспропорционирования возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления:
4Na2SO3 ® 3Na2SO4 + Na2S,
4KClO3 ® 3KClO4 + Kcl,
3K2MnO4 + 2 H2O ® 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH.
Восстановители и окислители
Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются.
К окислителям относятся простые и сложные вещества, которые содержат элементы, обладающие характерным свойством присоединять электроны. Сильные окислительные свойства проявляют фтор, озон, кислород, галогены и другие неметаллы. Окислительные свойства характерны для KMn+7O4, K2Cr62+O7, Pb+4O2, NaBi+5O3, HN+5O3, концентрированной H2S+6O4 и других веществ, которые содержат атомы элементов в высших степенях окисления.
Вещества, содержащие элементы с промежуточной степенью окисления - Mn4+O2, HN3+O2, H2O21-, S+4O2 и другие - могут понижать и повышать свою степень окисления и поэтому, в зависимости от условий, могут проявлять свойства окислителей и восстановителей, например:
2SO2 + O2 ®2SO3 SO2 - восстановитель
SO2 + 2H2S ® 3S + 2H2O SO2 - окислитель
Неметаллы в свободном состоянии также могут обладать двойственными окислительно-восстановительными свойствами. Атомы металлов в реакциях окисления - восстановления обладают только восстановительными свойствами.
Важнейшие окислители
1.Неметаллы F2, O3, O2, Cl2, Br2.
2.Соединения, содержащие атомы металлов или неметаллов в высшей степени окисления: KMnO4, K2Cr2O7, PbO2, НNO3, концентрированная H2SO4.
Важнейшие восстановители
1.Активные металлы.
2.Некоторые неметаллы H2, C.
3.Соединения неметаллов в низшей степени окисления: H2S, HI, NH3.
4.Соединения металлов и неметаллов в промежуточной степени окисления: FeSO4, CO, SnCl2, Na2SO3.
5.Органические вещества: H2C2O4, C2H5OH, C6H12O6.