Кислородсодержащие кислоты и их соли

Окислители

Типы окислителей и восстановителей.

Окислительно-восстановительные реакции. Основные понятия.

Окислительно-восстановительные реакции - это реакции, протекающие с изменением степени окисления одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Процессы окисления-восстановления можно условно соотнести с процессами переноса электронов между атомами. Тогда окисление можно рассматривать как отдачу электронов, а восстановление - как присоединение электронов.

Окислителем называется вещество, содержащее атомы, которые принимают электроны. Окислитель в результате химической реакции восстанавливается, поэтому степень окисления элемента-окислителя уменьшается.

Восстановителем называется вещество, содержащее атомы, которые отдают электроны. Восстановитель в результате химической реакции окисляется, степень окисления элемента-восстановителя увеличивается.

Функции окислителя и восстановителя могут быть совмещены в одном и том же веществе.

Пример: взаимодействие металлического магния и соляной кислоты:

0 +1 +2 0

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂

0 +2

Mg - 2e^- = Mg 1 ¾ восстановитель (Mg)

-1 0 2

Cl + 1e^- = Cl 2 ¾ окислитель (HCl)

Окислительно-восстановительные свойства веществ обусловлены свойствами элементов, входящих в их состав.

Атомы элементов, находящихся в высшей степени окисления (Co(+3), Sn(+4), N(+5), S(+6), Mn(+7), Xe(+8) и др.) не могут больше отдавать электроны, а способны лишь их присоединять. Поэтому вещества, содержащие элементы высших степенях окисления обладают окислительными свойствами.

Атомы элементов, находящихся в низшей степени окисления (I(-1), S(-2), P(-3), C(-4) и др.) не могут больше принимать электроны, а способны лишь их отдавать. Поэтому вещества, содержащие элементы низших степенях окисления обладают восстановительными свойствами.

Атомы элементов, находящихся в промежуточной степени окисления (С(+2), Cl(+3), N(+4), Mn(+6) и др.) в зависимости от внешних условий способны либо отдавать электроны либо их присоединять. Поэтому вещества, содержащие элементы промежуточных степенях окисления обладают окислительно-восстановительной двойственностью свойств.

Основные окислители и восстановители можно разделить на несколько групп по их химическому строению. Рассмотрим эти группы подробнее.

1. Простые вещества. Наиболее активные неметаллы (галогены: F₂, Cl₂, Br₂, кислород O₂) обладают ярко выраженными окислительными свойствами.

0 -1 0 -1

F + e^- ® F Cl + e^- ® Cl

0 -1 0 -2

Br + e^- ® Br O + e^- ® O

а) Азотная кислота (HNO₃). Окислительные свойства обусловлены атомом азота, находящимся в степени окисления +5. В зависимости от силы восстановителя продуктами восстановления кислоты являются NO₂, NO, N₂ и NH₃ (NH₄NO₃) в которых азот соответственно имеет степень окисления +4, +2, 0 и -3. С понижением концентрации кислоты увеличивается глубина ее восстановления. Как правило, при восстановлении HNO₃ одновременно протекает несколько химических реакций. Например, взаимодействие 40%-ной кислоты с железом приводит к образованию всех возможных продуктов восстановления азота. В химических реакциях НNO₃ любой концентрации с металлами водород не образуется.

Соли азотной кислоты - нитраты обладают окислительными свойствами только в очень кислых растворах или в твердом состоянии при высокой температуре.

б) Серная кислота (H₂SO₄). Окислительные свойства обусловлены атомом серы, находящимся в степени окисления +6. В зависимости от силы восстановителя продуктами восстановления кислоты являются SO₂, S и H₂S в которых сера соответственно имеет степень окисления +4, 0 и -2. Окислительные свойства присущи только концентрированным растворам кислоты.

Соли серной кислоты - сульфаты окислительными свойствами не обладают.

в) Перманганат калия (KMnO₄). Окислительные свойства обусловлены атомом марганца, находящимся в степени окисления +7. Окислительная активность перманганата и глубина его восстановления (степень окисления +6, +4 или +2) определяется характером среды:

pH<7 (кислая среда) MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- ® Mn²⁺ + 4H₂O

pH=7 (нейтральная среда) MnO₄^- + 2H₂O + 3e^- ® MnO₂ + 4OH^-

pH>7 (щелочная среда) MnO₄^- + e^- ® MnO₄^2-

Наиболее ярко выражены окислительные свойства KMnO₄ в кислой среде.

г) Хромат и дихромат калия (K₂CrO₄ и K₂Сr₂O₇). Окислительные свойства обусловлены атомом хрома, находящимся в степени окисления +6. Окислительные свойства наиболее выражены в кислой среде (при этом хромат калия переходит в бихромат). Продуктом восстановления является ион Cr³⁺, в котором степень окисления хрома равна +3.

3. Соединения, содержащие атомы металлов в высоких степенях окисления. Для многих металлов характерно несколько степеней окисления (железо +2 и +3, олово +2 и +4, кобальт +2 и +3 и др.), поэтому атомы металлов могут восстанавливаться переходя в более низкую степень окисления.

4. Соединения, содержащие водород (+1). К данным соединениям относятся прежде всего кислоты и вода. Кислоты взаимодействуют с металлами с образованием газообразного водорода (H₂), т.е. H⁺ + e^- ® H⁰.

Наиболее сильные восстановители (щелочные и щелочно-земельные металлы, магний и др.) способны восстанавливать водород, входящий в состав воды.

Дата добавления: 2014-01-07