Тема 6. Окислительно-восстановительные реакции

Различают две группы химических реакций: реакции, протекающие без изменения степени окисления, и реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов элементов. Реакции, идущие с изменением степени окисления, называют окислительно-восстановительными. Вещества, атомы или ионы которого повышают свою степень окисления, называются восстановителями. Вещества, атомы или ионы которого понижают свою степень окисления, называются окислителями. Окисление невозможно без протекающего одновременно с ним восстановления, и наоборот, восстановление одного вещества невозможно без одновременного окисления другого вещества.

Восстановителями могут быть: нейтральные атомы всех элементов, кроме фтора и некоторых инертных газов; атомы неметаллов в отрицательной степени окисления; атомы элементов в промежуточной положительной степени окисления.

Окислителями могут быть: нейтральные атомы неметаллов; атомы элементов в промежуточной положительной степени окисления; атомы элементов в высшей положительной степени окисления.

Для составления уравнений реакций окисления-восстановления необходимо знать формулы веществ, участвующих и получающихся в результате реакции. Используют два метода составления уравнений реакций окисления-восстановления: метод электронного баланса и метод ионно-электронный. Для удобства при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций принимают, что происходит не перераспределение электронной плотности, а прием и отдача электронов. В методе электронного баланса подсчет числа присоединенных и теряемых электронов производится на основании сравнения величин степеней окисления атомов элементов до и после реакции.

Пример 1. Составитьуравнение реакции между бромоводородом и концентрированным раствором серной кислоты. В результате реакции образуется свободный бром и оксид серы (IV).

1. Записываем схему реакции:

HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂

2. Определяем степень окисления атомов элементов до и после реакции. Выясняем, что произошло изменение степени окисления брома и серы:

HBr^- + H₂ O₄ → + O₂

3. Составляем электронное уравнение:

- 1 →

+ 2 →

4. Подбираем коэффициенты для окислителя и восстановителя. Так как общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равным числу электронов, принятых окислителем, то на каждый атом S⁺⁶ должно приходиться два иона брома Br^-1

- 1 → 2

+ 2 → 1

5. Найденные коэффициенты подставляем в схему реакции:

2HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂

6. Сравнение обеих частей уравнения показывает, что в левой части находятся четыре атома водорода и два атома кислорода, которых нет в правой части уравнения.

Составляем уравнение реакции в окончательном виде:

2HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂ + 2Н₂О

7. В заключении проверяем правильность уравнения, подсчитывая и сравнивая числа атомов кислорода в обеих частях уравнения.

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах, часто применяют ионно-электронный метод (метод полуреакций). В его основе лежит составление ионных уравнений для процесса окисления и процесса восстановления и последующее суммирование их в общее уравнение. при составлении ионной схемы используют правила составления кратких ионных уравнений: формулы сильных электролитов записывают в виде ионов, а слабых электролитов, осадков и газов – в виде молекул; ионы, не претерпевшие изменения в результате реакции, в схему не вносят.

Пример 2. Реакция окисления сульфита натрия с помощью перманганата калия выражается схемой:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

1. Составляем полное и краткое ионное уравнение, помня, что коэффициенты не подобраны.

K⁺+MnO₄^‾+2Na⁺+SO₃^2-+2H⁺+SO₄^2-→Mn²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+SO₄^2-+2K⁺+SO₄^2-+H₂O

MnO₄^‾+SO₃^2-+ 2H⁺ →Mn²⁺+SO₄^2-+H₂O

2. Определяем среду раствора (ионы Н⁺ в кратком ионном уравнении, позволяют сделать вывод о наличии кислой среды)

3. Выписываем попарно частицы, изменившие свой состав или заряд.

MnO₄^‾ → Mn²⁺

SO₃^2- → SO₄^2-

4. В зависимости от среды раствора уравниваем число атомов каждого элемента в левой и правой частях схемы (в данном примере среда кислая)

Среда раствора.
Кислая 1. В левой части схемы избыток кислорода в частице связываем ионами Н^+ с образованием в правой части схемы молекул воды 2. Недостаток кислорода в левой части схемы берем из молекул воды с образованием ионов Н^+	Щелочная 1. В левой части схемы избыток кислорода связываем молекулами воды с образованием ионов ОН^-в правой части схемы 2. В левой части схемы недостаток кислорода берем из ионов ОН^- с образованием молекул воды	Нейтральная 1. В левой части схемы избыток кислорода связываем молекулами воды с образованием ионов ОН-   2. В левой части схемы недостаток кислорода берем из молекул воды с образованием ионов Н^+

MnO₄^‾ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O

SO₃^2- + H₂O → SO₄^2- + 2 H⁺

5. Находим суммарный заряд частиц.

MnO₄^‾ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O

SO₃^2- + H₂O → SO₄^2- + 2 H⁺

6. Уравниваем заряды в левой и правой частях схемы (если заряд увеличивается, то электроны вычитаем; если заряд уменьшается, то электроны прибавляем).

7. Находим Н.О.К.(наименьшее общее кратное) электронов и подбираем к ним дополнительные множители.

	Н.О.К
MnO4^‾ + 8 H^+ + 5 ē → Mn^2+ + 4 H2O		х 2 (восстановление, окислитель)
SO3^2- + H2O - 2 ē → SO4^2- + 2 H^+	х 5 (окисление, восстановитель)

8. Складываем левую часть схемы с левой, а правую с правой, учитывая дополнительные множители. Сокращаем одинаковые частицы в левой и правой частях.

2 MnO₄^‾ + 5 SO₃^{2 -} + 16 H⁺ + 5 H₂O → 2 Mn²⁺ +5 SO₄^2-+ 8 H₂O + 10 H⁺

9. Переносим коэффициенты в схему реакции (если для одного вещества два коэффициента, то переносим больший). Проверяем по кислороду правильность составления уравнения

2 KMnO₄ + 5 Na₂SO₃ + 6 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3 H₂O

Задания для самостоятельного решения

Задача 7. Подберите коэффициенты электронно-ионным методом в предложенном уравнении, укажите окислитель и восстановитель.

Номер варианта	Уравнение окислительно-восстановительной реакции
Номер варианта	Уравнение окислительно-восстановительной реакции

Дата добавления: 2014-11-16