Окислительно-восстановительные реакции

Теоретические основы. Окислительно-восстановительныминазываютсяреакции, при которых происходит переход электронов от одних частиц (атомов, молекул или ионов) к другим, в результате чего изменяется степень окисления данных частиц. Процесс отдачи электронов называется окислением; вещество, атомы которого отдают электроны, называется восстановителем. Восстановительными свойствами обладают, как правило, молекулы водорода, атомы металлов в свободном состоянии, а также ионы, в которых элемент находится в низшей степени окисления или степень окисления которого может возрасти. В лаборатории в качестве восстановителей обычно применяют H₂ , KI, H₂S, HNO₂.

Процесс присоединения электронов называется восстановлением, а восстанавливающая частица - окислителем. Окислителями часто являются молекулы и ионы, содержащие элемент в высшей степени окисления, например: MnO₄ , Cr₂O₇² , Ni ³⁺ и т.д.

Окислительно-восстановительные свойства вещества определяют по их окислительной способности, числено выражаемый через редокс- потенциал j. Реальный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста:

Cоставление уравнений реакций окислисления-восстановления. Такие уравнения можно составлять как методом электронного баланса, так и ионно-электронным методом (методом полуреакций). В основе обоих методов лежит общий принцип: количество отданных и принятых электронов в реакции должны быть равно.

Метод электронного баланса основан на сравнении степени окисления атомов в исходных и конечных веществах. Им рекомендуется пользоваться в тех случаях, когда реакция протекает не в растворах (обжиг, разложение, горение).

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

O₂ + 4 e = 2O² 11

Fe ²⁺ - e = Fe³⁺

2S - 10 e = 2S^{4+ 4}

Метод полуреакций основан на составлении ионных уравнений для процессов окисления и восстановления с учетом рН среды данной реакции, оказывающей определенное влияние на направление протекания реакции. Сильные электролиты в данном методе записываются в виде ионов, слабые - в виде молекул. В ионную схему включают ионы и молекулы, проявляющие окислительно-восстановительные свойства, а также ионы, характеризующие среду (в кислой среде - ионы Н⁺ и молекулы воды, в щелочной среде - ионы ОН и молекулы воды, в нейтральной среде - молекулы воды, ионы Н⁺ или ОН ):

Ca + HNO_{3 (разб)} NH₄NO₃ +...

Ca⁰ - 2 e Ca²⁺ 4

NO₃ + 10H⁺ + 8 e NH₄⁺ + 3H₂O 1

4Ca⁰ + NO₃ + 10H⁺ 4Ca²⁺ + NH₄⁺ + 3H₂O

4Ca + 10HNO_{3 (разб)} 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Цель работы. Изучение окислительно-восстанови-тельных свойств различных веществ, типов окислительно-восстановительных реакций, а также методов составления уравнений окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Порядок работы.

Опыт 1. Окислительные свойства перманганата калия

в различных средах.

В три пробирки налейте по 5 капель раствора KMnO₄. Затем в первую добавьте 5 капель 2N раствора серной кислоты, во вторую - 5 капель дистиллированной воды, а в третью - 5 капель 2N раствора щелочи.

После этого во все три пробирки добавьте по каплям раствор сульфита натрия Na₂SO₃ до видимого изменения цвета растворов.

Напишите наблюдения и уравнения реакций, учитывая, что окраска соединений марганца зависит от его степени окисления: ион MnO₄ - имеет фиолетовую окраску, ион MnO₄² - имеет зеленую окраску, ион Mn²⁺ - практически бесцветен, оксид марганца MnO₂ - труднорастворимое вещество бурого цвета.

Опыт 2. Реакции внутримолекулярного окисления -

восстановления.