Задание для самоконтроля № 4.

Выберите процессы окисления и восстановления:

S⁺⁴ –2e à S⁺⁶; N⁺⁵ + 3 e à N⁺²; N⁺⁵ + 3 e à N⁺²; 2I^- - 2 e à I₂⁰

Восстановителями называются вещества, атомы или ионы, отдающие электроны. При этом они окисляются, и их степень окисления повышается.

Восстановителями могут быть нейтральные атомы (кроме фтора), отрицательно заряженные несложные ионы и положительно заряженные ионы, которые не проявляют высших степеней окисления, равных номеру группы в соединении.

Примеры частиц и групп частиц, которые преимущественно проявляют восстановительные свойства:

нейтральные атомы неметаллов - Н₂, Si, С и металлов;

отрицательно заряженные несложные ионы - Сl^-, Br^-, I^-, S^2-;

положительно заряженные ионы - Fe²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺ (но не

Fe³⁺, Sn⁴⁺, Pb⁴⁺);

некоторые сложные вещества - NH₃, РН₃, CO (чаще восстановитель).

Окислителями называются вещества, атомы или ионы, принимающие электроны. При этом они восстанавливаются, и их степень окисления понижается.

Окислителями могут быть нейтральные атомы неметаллов и положительно заряженные ионы металлов и неметаллов с высшей положительной степенью окисления, сложные анионы, содержащие атомы элементов в высшей степени окисления. Самые сильные окислители - фтор, кислород, озон, галогены.

Примеры окислителей: F₂, Сl₂, I₂, Br₂, O₃, O₂, Fe³⁺, Pb⁴⁺, Sn⁴⁺, MnO₄^-,

+6 +5 +6

SO₄^2-,, NO₃^-, Cr₂O₇^2-, KClO₃,, HClO₄ и ее соли, HСlO и ее соли и другие.

Некоторые вещества способны отдавать и принимать электроны. Тогда говорят об их окислительно-восстановительной двойственности. С одними реагентами (более сильными окислителями, чем рассматриваемое соединение) они проявляют восстановительные свойства, а с другими - проявляют окислительные свойства.

Атомы элементов имеют в таких соединениях промежуточную (среднюю по значению) степень окисления.

+3 +2

Например, NO₂^-à NO здесь нитрит-анион окислитель

+3 +5

NO₂^-à NO₃ здесь нитрит-анион восстановитель

+4 0

SO₂ à S здесь оксид серы (+4) окислитель

+4 +6

SO₂ à SО₄^-2 здесь оксид серы (+4) восстановитель

-1 -2

H₂O₂à H₂O или

-1 -2

H₂O₂à ОH^-1 в этих случаях пероксид водорода окислитель

-1 0

H₂O₂à O₂ здесь пероксид водорода восстановитель

КЛАССИФИКАЦИЯ ОВР

1.Межмолекулярные ОВР - реакции, в которых окислителем и восстановителем являются разные вещества или атомы - окислители и восстановители находятся в разных молекулах. Например,

+4 0 +6 -1

Na₂SO₃₊Cl₂ + H₂O à H ₂SO₄ + 2HCl

0 +1 +2 0

Zn + 2 HCl à ZnCl₂ + H₂

2.Внутримолекулярные ОВР - реакции, в которых окислителем и восстановителем является одно и то же вещество, т. е., атомы - окислители и восстановители находятся в одной молекулах. Например,

+5 -2 +4 0

2Pb(NO₃)₂ à 2PbO + 4NO₂ + O₂

3. Разновидностью внутримолекулярной ОВР является реакция самоокисления - самовосстановления, которая еще называется реакцией диспропорционирования или дисмутации. В результате этой реакции один и тот же элемент, имеющий одну степень окисления в исходном соединении, приобретает разные степени окисления и входит в состав разных веществ. В одном веществе его степень окисления повысилась, а в другом - понизилась. Например,

0 -1 +5

3Cl₂ + 6NaOH à5 NaCl + NaClO₃ + + 3H₂O

хлорат натрия

+4 +6 -2

4 Na₂SO₃ à 3 Na₂SO₄ + Na₂S

5. СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОВР

A) МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА.

Может применяться для ОВР, протекающих и в растворах и в газовой фазе и для гетерогенных реакций (для любых случаев).

Метод основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. При этом число отданных и принятых электронов должно быть равно.

Пример 1. Р ассмотрим уравнивание атомов в химическом процессе:

Br₂ + F₂ + H₂O → HF + HBrO₃

1. Записываем формулы исходных и конечных продуктов:

Br₂ + F₂ + H₂O → HF + HBrO₃

2. Определим степени окисления атомов и подчеркнем те, которые изменяют ее в процессе реакции:

0 0 +1 -2 +1 -1 +1 +5 -2

Br₂ + F₂ + H₂O → H F + H Br O₃

3. Выпишем знаки элементов, изменивших степень окисления:

· индексы элементов в простых веществах оставляем на своем месте, а если есть индексы у элементов в сложных веществах, то их записываем как коэффициенты;

· записав индексы, выполняем баланс по атомам (во второй части уравнений ставим коэффициенты 2):

0 +5

Br₂ → 2 Br

0 -1

F₂ → 2 F

4. Определим, какой элемент отдает электроны, а какой - принимает. (Помним: заряд электрона = -1!). Количество отданных или принятых одним атомом электронов необходимо умножить на количество атомов

(не забывайте, что при переходе от отрицательных значений (-) к положительным (+) и наоборот число проходит через 0):

0 +5

Br₂ - (5 ∙ 2) ē → 2 Br

0 -1

F₂ + (1 ∙2) ē → 2 F

5. Запишем наименьшее общее кратное (НОК) для количества отданных и принятых электронов. Напомним, что НОК - это наименьшее число, которое нацело делится на оба рассматриваемых числа (результатом деления может быть и единица).

НОК в данном случае равно 10:

0 +5

Br₂ - 10 ē → 2 Br

0 -1 10

F₂ + 2 ē → 2 F

6. Уравняем число принятых и отданных электронов, умножив уравнения на подходящие коэффициенты, укажем процессы:

0 +5

Br₂ - 10 ē → 2 Br ∙1 восстановитель, окисление

0 -1 10

F₂ + 2 ē → 2 F ∙ 5 окислитель, восстановление

Числа 1 и 5 - коэффициенты перед окислителем, восстановителем и продуктами их реакции. Количества отданных электронов бромом = числу принятых электронов фтором: 1 ∙ 10 = 5 ∙ 2

7. Подставим полученные коэффициенты в уравнение, прежде проверив правильность составления процессов окисления. Суммируем левые и правые

части уравнений процессов и подсчитываем суммы зарядов слева и справа:

0 0 +5 -1

Br₂ + 5 F₂ à 2 Br + 10 F

0 +10 - 10 = 0

0 = 0

заряды равны, коэффициенты найдены правильно.

Уравнение выглядит:

Br₂ + 5F₂ + 6H₂O → 10 HF +2 HBrO₃

Пример 2. Уравнивание атомов в химическом процессе:

Al + O₂ à Al₂O₃

1. Записываем формулы исходных и конечных продуктов:

Al + O₂ à Al₂O₃

2. Определим степени окисления атомов и подчеркнем те, которые изменяют ее в процессе реакции:

0 0 +3 -2

Al + O₂ à Al₂O₃

3. Выпишем знаки элементов, изменивших степень окисления:

· индексы элементов в простых веществах оставляем на своем месте, а

если есть индексы у элементов в сложных веществах, то их

записываем как коэффициенты;

· записав индексы, выполняем баланс по атомам

0 +3

Al → 2 Al

0 -2

O₂ → 3 O 2 = 3

после выполнения баланса и устных расчетов получаем:

0 +3

2Al → 2 Al

0 -2

3 O₂ → 6 O

0 +3

2Al - 6 ē → 2 Al

0 -2

3 O₂ + 12 ē → 6 O

5. Запишем наименьшее общее кратное (НОК) для количества отданных и принятых электронов.

НОК в данном случае равно 12

0 +3

2Al - 6 ē → 2 Al

0 -2 12

3 O₂ + 12 ē → 6 O

0 +3

2Al - 6 ē → 2 Al 2 восстановитель, окисление 0 -2 12

3 O₂ + 12 ē → 6 O 1 окислитель, восстановление

Числа 1 и 2 - коэффициенты перед окислителем, восстановителем и продуктами их реакции.

7. Подставим полученные коэффициенты в уравнение, прежде проверив правильность составления процессов окисления. Суммируем левые и правые части уравнений процессов и подсчитываем суммы зарядов слева и справа:

0 0 +3 -2

4Al + 3 O₂ → 4 Al + 6 O

0 +12 - 12 = 0

0 = 0

4 Al +3O₂ à 2Al₂O₃

В приведенных выше примерах атомы элементов окислителей и восстановителей встречались в левой и правой части уравнения по одному разу. В связи с этим, дополнительные множители мы использовали как коэффициенты перед соответствующими молекулами и подставляли их в уравнение реакции.

Рассмотрим случай, когда хотя бы атомы хотя бы одного из химических элементов, выступающих в роли окислителей и восстановителей, встречаются, в одной части уравнения 2 раза.

Пример 3:

+4 -1 0 +2 -1

MnO₂ + HCl + à Cl₂ + MnCl₂ + H₂O

Выполним все действия с 1 по 6 включительно. Расчеты проводим устно. В результате получим запись:

+4 +2

Mn+ 2 ē à Mn 1 ок-ль, восст-ие

-1 0 2

2Cl- 2 ēà Cl₂1 восст-ль, ок-ие

- сначала подставляем коэффициенты 1 и 1 перед атомом марганца (он встречается один раз в левой части уравнения и один раз в правой; таким образом, мы закрепили коэффициент 1 перед MnCl₂в правой части уравнения;

- ставим коэффициент 1 перед молекулой Cl₂; в левой же части уравнения коэффициент 1 перед HCl ставить нельзя, так как Сl не во всех молекулах соляной кислоты изменил свою степень окисления: часть атомов сохранила степень окисления, равную -1 и приняла участие в солеобразовании хлорида марганца;

- коэффициент перед HCl суммируется из коэффициентов перед Cl₂ и MnCl₂ правой части уравнения и будет равен 4:

MnO₂ + 4 HCl + à Cl₂ + MnCl₂ + H₂O

- затем уравниваем, как обычно, атомы водорода (2 перед молекулой воды):

MnO₂ + 4 HCl + à Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

- проверяем, подсчитывая количество атомов кислорода: 2 = 2

Вывод: коэффициенты расставлены верно.

Пример 4.

Na₂SO₃ + KM n O₄+ H₂SO₄ à MnSO₄ +K₂SO₄ + Na ₂ SO ₄ +H ₂O

В схеме этой химической реакции мы наблюдаем образование большого количества продуктов. Не надо пугаться таких реакций. Нужно понять, что в растворе все катионы и анионы должны быть хотя бы на время связаны в новые молекулы. Поэтому и для катиона калия, и для катиона натрия, а также изменившего степень окисления - марганца должны быть ионы с противоположным знаком, которыми и являются: сульфат - анионы из серной кислоты и сульфат - анионы, полученные путем окисления сульфит - анионов.

Серная кислота выполняет обеспечение кислой среды: именно в этой среде Mn⁺⁷превращается в Mn^+2..

Произведем уравнивание:

- расставим степени окисления:

+1 +4 -2 +1 +7 -2 +1 +6 -2 +2 +6 -2 +1 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2

Na₂ S O₃ + K M n O₄+ H₂SO₄ à Mn SO₄ +K₂SO₄ + Na ₂ S O ₄ +H ₂O

S⁺⁶ может быть в любом соединении

- составляем электронный баланс:

+7 +2

Mn+ 5 ē à Mn 2 ок-ль, восст-ие

+4 +6 10

S- 2 ēà S 5 восст-ль, ок-ие

- проверяем правильность составления баланса:

+7 +4 +2 +6

2Mn + 5S à 2Mn + 5S

+14 + 20 +4 + 30

+34 = +34

Вывод: баланс верен.

- ставим коэффициенты перед веществами окислителем и восстановителем:

коэффициент 5 лучше поставить перед сульфатом натрия, так как сульфит-ион слева также связан с натрием:

5Na₂SO₃ + 2KM n O₄+ H₂SO₄ à 2MnSO₄ +K₂SO₄ + 5 Na₂SO ₄ +H₂O

Рассмотрим: какой порядок принять при уравнивании других атомов, не изменяющих степени окисления (составлении баланса по атомам):

а) во- первых, нужно уравнять атомы металлов, которые еще не получили свои коэффициенты, в данном случае -это будет К - калий:

видим, что 2 атома калия слева не требуют уравнивания справа, так как в самой молекуле K₂SO₄находится 2 атома калия.

5Na₂SO₃ + 2KM n O₄+ H₂SO₄ à 2MnSO₄ +K₂SO₄ + 5 Na₂SO ₄ +H₂O

б) затем уравниваем атомы серы или все анионы, содержащие этот атом: исключая справа и слева соединения натрия видим, что слева в 2MnSO₄ и K₂SO₄всего содержится 3 атома серы; ставим 3 перед формулой серной кислоты:

5Na₂SO₃ + 2KM n O₄+ 3H₂SO₄ à 2MnSO₄ +K₂SO₄ + 5 Na₂SO ₄ + H₂O