Окислительно-восстановительные реакции. Электрохимические системы. Коррозия металлов

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно – восстановительными. Другими словами это реакции, связанные с передачей электронов от одних атомов к другим.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, степень окисления при этом повышается.

Ca – 2e^- = Ca⁺² H⁰₂ – 2e^- = 2H⁺

Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой, ионом. Степень окисления при этом понижается.

Fe⁺³ + e^- = Fe²⁺ Cl⁰₂ + 2e^- = 2Cl^-

Восстановители – молекулы или ионы отдающие электроны, сами при этом восстановители окисляются.

Окислители – молекулы или ионы, присоединяющие электроны,во время реакции окислители восстанавливаются.

Окисление и восстановление протекают одновременно.

Cu⁰ + Hg⁺²(NO₃)₂ = Hg⁰ + Cu⁺²(NO₃)₂

Восстановитель Cu⁰ – 2e^- = Cu⁺² процесс окисления

Окислитель Hg⁺² + 2e^- = Hg⁰ процесс восстановления

 

Типы окислительно-восстановительных реакций

В зависимости от того между какими атомами и в каких веществах происходит переход электронов все окислительно-восстановительные процессы можно разделить на 3 типа:

1) Межмолекулярные

2) Дисмутационные (диспропорционирования)

3) Внутримолекулярные

1.Межмолекулярные реакции окислителения-восстановления – это реакции, в ходе которых переход электронов происходит между частицами различных веществ. В выше рассматриваемых реакциях окислитель и восстановитель находятся в разных веществах

Mn⁺⁴O₂ + 4HCl^-1 =^t Cl⁰₂ ↑ + Mn⁺²Cl₂ + 2H₂O

 

Mn⁺⁴ + 2e = Mn⁺² 1 – восстановление, окислитель

2Cl^- - 2e = Cl₂ 1- окисление, восстановитель

 

2. Диспропорционирования – когда атомы или ионы одного и того и того же элемента, содержащиеся в одной молекуле, являются и окислителем и восстановителем.

 

4KCl⁺⁵O₃ =^t KCl^- + 3KCl⁺⁷O₄

 

Cl⁺⁵ – 2e = Cl⁷⁺ 3 – окисление, восстановитель

Cl⁺⁵ + 6e = Cl^- 1 – восстановление, окислитель

Диспропорционировать могут вещества, один из элементов которых находится в промежуточной степени окисления, т.к. степень окисления одной части атомов понижается за счет другой части таких же атомов, степень окисления которых повышается.

3. Внутримолекулярные – когда окислитель и восстановитель одно и тоже вещество, но изменяют степень окисления в нем атомы различных элементов.

 

2КClO₃ = 2KCl^- + 3O₂

 

Cl⁺⁵ + 6e = Cl^- 1 – восстановление, окислитель

2O₃ – 6e = 3O₂ 1- окисление, восстановитель

Применяются два вида составления уравнений окислительно-восстановительных реакций:

1) Метод электронного баланса.

2) Метод полуреакций.

По методу электронного баланса сравнивают степени окисления атомов в исходных и конечных веществах, причем число электронов отданных восстановителем, должно ровняться числу электронов, присоединенных окислителем.

Метод полуреакций применяется для реакций между газообразными, твердыми или жидкими веществами, протекающих без электролитической диссоциации.

 

Метод электронного баланса

+3 +7 +5 +2

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ →H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Ортомышьяковистая Ортомышьяковая

кислота кислота

Из схемы реакции видно, что степень окисления атома мышьяка до реакции +3, после +5, степень окисления марганца изменилась от +7 до +2.

Отражаем это изменение степени окисления в электронных уравнениях.

As⁺³ – 2e^- = As⁺⁵ 5 - окисление, восстановитель

Mn⁺⁷ +5e^- = Mn⁺² 2 - восстановление, окислитель

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителем. Найдя наименьшее общее кратное определяем, что молекул восстановителя должно быть 5, а молекул окислителя 2, т.е. находим соответствующие коэффициенты в уравнении.

Уравнение будет иметь вид:

5H₃AsO₃+2KMnO₄+3H₂SO₄=5H₃AsO₄+2MnSO₄+K₂SO₄+3H₂O