Теория окислительно-восстановительных процессов

;

Реакции диспропорционирования можно рассматривать как разновидность реакции внутримолекулярного окисления-восстановления.

Если в исходном веществе атомы элемента находятся в одной степени окисления, а в продуктах реакции – в двух других (более высокой и более низкой по отношению к исходной степени, окисления), то соответствующие ОВР относятся к реакциям диспропорционирования, например:

Методы расстановки коэффициентов в уравнениях овр

Подбор коэффициентов в ОВР осуществляется в соответствии с правилом: количество электронов, отданных восстановителем, должно быть равно количеству электронов, полученных окислителем. На этом правиле основаны 2 метода расстановки коэффициентов: метод учета изменения степеней окисления (метод электронного баланса) и ионно-электронный метод (метод полуреакций).

1. Расстановка коэффициентов

методом электронного баланса (МЭБ)

Последовательность действий при использовании МЭБ следующая:

выделяем атомы, элементы которых в исходных веществах и продуктах реакции изменяют степень окисления,

составляем электронный баланс присоединения и отдачи электронов, по исходным веществам (для ОВР межмолекулярного гида), или по конечным продуктам (для ОВР внутримолекулярного типа и реакций диспропорционирования);

находим коэффициенты, которые нужно поставить перед формулами веществ, где атомы изменили степень окисления. Для этого сначала находим наименьшее общее кратное для чисел отданных и присоединенных электронов. Соответствующие коэффициенты определяем путем деления наименьшего общего кратного на эти числа;

расставляем найденные коэффициенты сначала перед формулами веществ, в которых атомы изменили степень окисления, а затем перед формулами оставшихся веществ;

проверяем правильность нахождения коэффициентов. Обычно это делают по кислороду.

Рассмотрим примеры расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР по МЭБ.

Пример 1. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ +11О₂ 2Fe₂O₃+8SO_2.

Пример 2. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Марганец в КМnO₄ находится в высшей степени окисления (+7), значит, КМnO₄ – окислитель. Продукты его восстановления зависят от кислотности среды, что можно показать схемой:

В данном примере реакция идет в кислой среде, значит, продукт восстановления перманганата калия – ион Мn 2+ . Восстановителем будет ион Fe 2+ , который окисляется до Fe 3+ :

Основными коэффициентами уравнения будут 1 и 5, но в результате реакции образуется соль Fe₂(SO4)₃, которая содержит два иона Fe (III), поэтому основные коэффициенты нужно удвоить. Подставляем эти коэффициенты сначала в левую, а потом в правую часть схемы реакция, далее подбираем остальные коэффициенты:

Пример 3. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Данная реакция относится к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления.

Определяем элементы, атомы которых изменили степень окисления. В данном случае это азот и кислород.

Записываем электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

Статья по теме: Технические сорта - Районированные сорта винограда - виноград

Основными коэффициентами уравнения будут (1) и (4), но вступает в реакцию соль Fe(NО₃)₃, которая содержит три атома N +5 , поэтому основные коэффициенты нужно утроить. Подставляем эти коэффициенты (12) и (3) сначала в левую часть.

Конечное уравнение этой реакции:

Пример 4. Расставьте коэффициенты в схемах ОВР с участием пероксида водорода.

В молекуле Н₂О₂ атомы кислорода имеют степень окисления (–1), которая является промежуточной между наиболее характерными для кислорода значениями (–2) и (0). Поэтому пероксид водорода в разных условиях может быть как окислителем, так и восстановителем.

Уравнения соответствующих реакций окисления-восстановления с участием Н₂О₂ записываем так:

Н₂О₂-окислитель

Н₂О₂-восстановитель

Теория 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 .

Как видно , степень окисления каждого из атомов до и после реакции осталась без изменения .

Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ.

Здесь в первой реакции атомы хлора и кислорода , а во второй — атомы брома и хлора изменяют степень окисления .

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными .

Изменение степени окисления связано с оттягиванием или перемещением электронов .

Окислительно — восстановительные реакции — самые распространен ные и играют большую роль в природе и технике .

Рассмотрим основные положения теории окислительно — восстанови тельных реакций .

1. Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом .

Al – 3e — = Al 3+ Fe 2+ — e — = Fe 3+

H₂ – 2e — = 2H + 2Cl — — 2e — = Cl₂

При окислении степень окисления повышается .

2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

S + 2 е — = S 2- С l₂ + 2 е — = 2 С l — Fe 3+ + e- = Fe 2+

При восстановлении степень окисления понижается .

3. 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 . Так как атомы , молекулы и ионы входят в состав определенных веществ , то и эти вещества соответственно называются восстановителями или окислителями .

4. Окисление всегда сопровождается восстановлением , и наоборот , восстановление всегда связано с окислением , что можно выразить уравнениями :

Восстановитель – е — Окислитель

Окислитель + е — Восстановитель

Поэтому окислительно — восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов — окисления и восстановления .

Статья по теме: Красное сухое столовое вино, десертное вино - Домашние вина - виноград

Число электронов , отдаваемых восстановителем , равно числу электронов , присоединяемых окислителем .

При этом , независимо от того , переходят ли электроны с одного атома на другой полностью или же лишь частично оттягиваются к одному из атомов , условно говорят только об отдаче и присоединении электронов .

Процессы окисления и восстановления можно физически отделить друг от друга и осуществить перенос электронов по внешней электрической цепи . Пусть в стакан 2 налит раствор иодида калия К I , а в стакан 4 — раствор хлорида железа ( III ) Fe С l ₃ . Растворы соединены между собой так называемым « электролитическим ключом» 3 – U -образной трубкой , заполнен ной раствором хлорида калия К Cl , обеспечивающим ионную проводимость . В растворы опущены платиновые электроды 1 и 5. Если замкнуть цепь , включив в нее чувствительный амперметр , то по отклонению стрелки можно будет наблюдать прохождение электрического тока и его направление . Электроны перемещаются от электрода с раствором иодида калия к электроду с раствором хлорида железа ( III ), т . е . от восстановителя — ионов I — — к окислителю – ионам Fe 3+ . При этом ионы I — окисляются до молекул иода I 2 , а ионы F е 3+ восстанавливаются до ионов железа ( II ) Fe 2+ . Через некоторое время продукты реакций можно обнаружить характерными реакциями : иод — раствором крахмала , а ионы Fe 2+ — раствором гексациано -( II ) феррата калия ( красной кровяной соли ) К ₃ [ F е ( С N ) ₆ ].

Приведенная на рис унке схема представляет собой гальванический элемент , построенный на основе окислительно — восстановительной реакции . Он состоит из двух полуэлементов : в первом протекает процесс окисления восстановителя :

2 I — — 2 e — = I ₂

а во втором — процесс восстановления окислителя :

Поскольку эти процессы протекают одновременно , то , умножив последнее уравнение на коэффициент 2 ( для уравнивания числа отданных и присоединенных электронов ) и суммируя почленно приведенные уравнения , получим уравнение реакции :

2I — + 2Fe 3+ = I₂ + 2Fe 2+

Всякая окислительно — восстановительная реакция может служить источником электрического тока , если она протекает в гальваническом элементе .

Важнейшие восстановители и окислители

Основные положения теории окислительно-восстановительных процессов

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Ключевые слова: окисление, восстановление, окислитель, восстановитель, окислительно-восстановительные реакции, межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции, внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, реакции диспропорционирования, важнейшие окислители и восстановители.

Основные положения теории окислительно-восстановительных процессов

Окислительно-восстановительные реакции – такие реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав молекул реагирующих веществ.

Теория окислительно-восстановительных процессов основана на следующих основных положениях.

Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, а восстановлением ‑ процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Статья по теме: Как восстановить кусты винограда, поврежденные морозами

Окислитель – это вещество, в состав которого входят атомы, понижающие свою степень окисления. Принимая электроны от восстановителя, окислитель восстанавливается:

Восстановитель – это вещество, в состав которого входят атомы, повышающие свою степень окисления. Отдавая электроны окислителю, восстановитель окисляется:

Таким образом, сущность окислительно-восстановительной реакции состоит в переносе электрона от восстановителя к окислителю, например:

Понятия окислитель и восстановитель можно отнести не только к веществам, но и к входящим в их состав ионам и атомам. Так, в реакции

участвуют вещество-восстановитель KNO₂, ион-восстановитель NO₂ – , а также атом – восстановитель N +3 .

В окислительно-восстановительных реакциях, кроме окислителя и восстановителя, могут принимать участие вещества, создающие ту или иную реакцию среды (кислотную, щелочную), благоприятствующую протеканию реакции. Для создания кислотной среды часто используют серную кислоту, |например:

Щелочную среду обычно создают добавлением гидроксидов натрия или калия:

Рассмотрим пример выполнения задания, направленного на проверку усвоения основных положений теории окислительно-восстановительных процессов.

Установите соответствие между схемой реакции и формулой вещества-восстановителя в ней.

При выполнении этого задания нужно сначала определить степени окисления элементов, а затем найдем восстановитель ‑ вещество, в составе которого находится элемент, отдающий электроны и повышающий степень окисления.

В реакции Cr +3 ₂O₃ + + KOH ® KCl -1 + K₂Cr +6 O₄ + H₂O степень окисления атома хлора меняется от 0 до -1, а атома хрома – от +3 до +6. Напомним, что восстановителем является тот атом, степень окисления которого повышается. В данном примере это атом хрома, а вещество-восстановитель ‑ Cr₂O₃. Отметим, что в этой реакции участвует гидроксид калия, создающий щелочную среду.

При анализе схем реакций Б и В важно не забыть, что степень окисления кислорода в составе Н₂О₂ равна -1. В ходе реакции
H₂O -1 ₂ + Ag₂O ® H₂O + Ag + O 0 ₂ она повышается до 0, следовательно, восстановителем является пероксид водорода.

В реакции H₂O -1 ₂ + H₂S -2 ® H₂O + S 0 , наоборот, степень окисления атома кислорода понижается от -1 до -2, а степень окисления атома серы повышается от -2 до 0. Следовательно, восстановителем в данном примере является сероводород.

При рассмотрении реакции Cl₂ + NO ® NOCl затруднение может вызвать определение степеней окисления элементов в молекуле малознакомого вещества – хлорида нитрозила NOCl. Однако ничего сложного нет: кислород и хлор, будучи более электроотрицательными элементами, чем азот, находятся в своих низших степенях окисления (-2 и -1 соответственно), а азот имеет степень окисления +3. Поскольку в ходе рассматриваемой реакции степень окисления азота повышается с +2 до +3, то восстановителем является оксид азота (II).

Источники:

http://studfile.net/preview/5240237/page:10/
http://www.himhelp.ru/section23/section7/section43/
http://lektsii.org/13-10979.html