Окислительно-восстановительные реакции. Понятие окислительно- восстановительных

Окислительно-восстановительные реакции.

Понятие окислительно- восстановительных реакций Химические реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными

Окисление - процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. n Атом превращается в положительно заряженный ион: Zn 0 – 2 e → Zn 2+ n отрицательно заряженный ион становится нейтральным атомом: 2 Cl- -2 e →Cl 20 S 2 - -2 e →S 0 n Величина положительно заряженного иона (атома) увеличивается соответственно числу отданных электронов: Fe 2+ -1 e →Fe 3+ Mn +2 -2 e →Mn+4

Восстановление - процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. n Атом превращается в отрицательно заряженный ион S 0 + 2 e → S 2− Br 0 + e → Br − n Величина положительно заряженного иона (атома) уменьшается соответственно числу присоединенных электронов: Mn+7 + 5 e → Mn+2 S+6 + 2 e → S+4 − или он может перейти в нейтральный атом: Н + + е → Н 0 Cu 2+ + 2 e → Cu 0

Восстановители - атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны. Они в процессе ОВР окисляются Типичные восстановители: ● атомы металлов с большими атомными радиусами (I -А, II-А группы), а так же Fe, Al, Zn ● простые вещества-неметаллы: водород, углерод, бор; ● отрицательно заряженные ионы: Cl−, Br−, I−, S 2−, N− 3. Не являются восстановителем фторид- ионы F−. ● ионы металлов в низшей с. о. : Fe 2+, Cu+, Mn 2+, Cr 3+; ● сложные ионы и молекулы, содержащие атомы с промежуточной с. о. : SO 32−, NO 2−; СО, Mn. O 2 и др.

Окислители - атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны. Они в процессе ОВР восстанавливаются Типичные окислители: ● атомы неметаллов VII-А, V-A группы в составе простых веществ ● ионы металлов в высшей с. о. : Cu 2+, Fe 3+, Ag+ … ● сложные ионы и молекулы, содержащие атомы с высшей и высокой с. о. : SO 42−, NO 3−, Mn. O 4−, Сl. О 3−, Cr 2 O 72 -, SO 3, Mn. O 2 и др.

n На проявление окислительно- восстановительных свойств влияет такой фактор, как устойчивость молекулы или иона. Чем прочнее частица, тем в меньшей степени она проявляет окислительно- восстановительные свойства

n Например, азот имеет высокую электроотрицательность и мог бы быть сильным окислителем в виде простого вещества, но в его молекуле тройная связь, молекула очень устойчивая, азот химически пассивен.

n Или НСLO более сильный окислитель в растворе, чем НСLO 4 , так как НСLO – менее устойчивая кислота.

n Если химический элемент находится в промежуточной степени окисления, то он проявляет свойства и окислителя, и восстановителя.

Степени окисления серы: -2, 0, +4, +6 n Н 2 S-2 - восстановитель n 2 Н 2 S+3 O 2=2 H 2 O+2 SO 2 n S 0, S+4 O 2 – окислитель и восстановитель n S+O 2=SO 2 2 SO 2+O 2=2 SO 3 (восстановитель) n S+2 Na=Na 2 S SO 2+2 H 2 S=3 S+2 H 2 O (окислитель) n Н 2 S+6 O 4 - окислитель n Cu+2 H 2 SO 4=Cu. SO 4+SO 2+2 H 2 O

Определение степеней окисления атомов химических элементов n С. о. атомов х/э в составе простого вущества = 0 n Алгебраическая сумма с. о. всех элементов в составе иона равна заряду иона n Алгебраическая сумма с. о. всех элементов в составе сложного вещества равна 0. K+1 Mn+7 O 4 -2 1+х+4(-2)=0

Классификация окислительно- восстановительных реакций n Реакции межмолекулярного окисления 2 Al 0 + 3 Cl 20 → 2 Al+3 Cl 3 -1 n Реакции внутримолекулярного окисления 2 KCl+5 O 3 -2 → 2 KCl-1 + 3 O 20 n Реакции диспропорционирования, дисмутации (самоокисления-самовосстановления): 3 Cl 20 + 6 KOH (гор. ) →KCl+5 O 3 +5 KCl-1+3 H 2 O 2 N+4 O 2+ H 2 O →HN+3 O 2 + HN+5 O 3

Это полезно знать n Степени окисления элементов в составе аниона соли такие же, как и в кислоте, например: (NH 4)2 Cr 2+6 O 7 и H 2 Cr 2+6 O 7 n Степень окисления кислорода в пероксидах равна -1 n Степень окисления серы в некоторых сульфидах равна -1, например: Fe. S 2 n Фтор- единственный неметалл, не имеющий в соединениях положительной степени окисления n В соединениях NH 3 , CH 4 и др. зн электроположительного элемента водорода на втором месте

Окислительные свойства концентрированной серной кислоты Продукты восстановления серы: n H 2 SO 4 + оч. акт. металл (Mg, Li, Na…) → H 2 S n H 2 SO 4 + акт. металл (Mn, Fe, Zn…) → S n H 2 SO 4 + неакт. металл (Cu, Ag, Sb…) → SO 2 n H 2 SO 4 + HBr → SO 2 n H 2 SO 4 + неметаллы (C, P, S…) → SO 2 Примечание: часто возможно образование смеси этих продуктов в различных пропорциях

Продукты восстановления перманганат – иона в различных средах Среда Продукт Признак реакции кислая Mn 2+ бесцветный (соль) раствор щелочная Mn. O 42 - фиолетовый (манганат-ион) раствор нейтральная Mn. O 2 бурый осадок

Пероксид водорода в окислительно- восстановительных реакциях Среда Окисление Восстановление раствора (Н 2 О 2 -восстановитель) (Н 2 О 2 -окислитель) кислая Н 2 О 2 -2 е →О 2 + 2 Н+ Н 2 О 2+2 Н+ +2 е → 2 Н 2 О (О 2 -2 – 2 е →О 20) (О 2 -2 + 2 е → 2 О-2) щелочная Н 2 О 2+2 ОН-→О 2+2 Н 2 О Н 2 О 2+2 е → 2 ОН- (О 2 -2 – 2 е →О 20) (О 2 -2 + 2 е → 2 О-2) нейтральная Н 2 О 2 - 2 е →О 2 + 2 Н+ Н 2 О 2+2 е → 2 ОН- (О 2 -2 – 2 е →О 20) (О 2 -2 + 2 е → 2 О-2)

Азотная кислота в окислительно- восстановительных реакциях Продукты восстановления азота: n Концентрированная HNO 3: N+5 +1 e → N+4 (NO 2) (Ni, Cu, Ag, Hg; C, S, P, As, Se); пассивирует Fe, Al, Cr n Разбавленная HNO 3: N+5 +3 e → N+2 (NO) (Металлы в ЭХРНМ Al …Cu; неметаллы S, P, As, Se) n Разбавленная HNO 3: N+5 +4 e → N+1 (N 2 O) Ca, Mg, Zn n Разбавленная HNO 3: N+5 +5 e → N 0 (N 2) n Очень разбавленная: N+5 + 8 e → N-3 (NH 4 NO 3)

Значение ОВР n ОВР чрезвычайно распространены. С ними связаны процессы обмена веществ в живых организмах, дыхание, гниение, брожение, фотосинтез. ОВР обеспечивают круговорот веществ в природе. Их можно наблюдать при сгорании топлива, коррозии и выплавке металлов. С их помощью получают щелочи, кислоты и другие ценные химические вещества. ОВР лежат в основе преобразования энергии взаимодействующих химических веществ в эклектическую энергию в аккумуляторах гальванических элементах.