Окислительно – восстановительные реакции

· Высшую положительную, равную номеру группы (VI А группа – S⁺⁶);

· Промежуточную, на 2 единицы меньше, чем высшая (S⁺⁴ );

· Низшую,равную разности между номером группы и число 8 (S^─2).

Исключение: N (+1,+2,+3,+4,+5, -3).

6. Атомы элементов VII А группы – галогены (кроме фтора) могут иметь в соединениях все нечетные С.О. от ─1 до +7 (─1, +1, +3,+5,+7)

7. Алгебраическая сумма С.О. всех частиц в молекуле равна нулю, а в ионе – заряду иона.

K₂ ⁺ Cr₂ ⁺⁶ O₇ ^-2, K⁺Mn ⁺⁷ O₄^-2

Окислением называется процесс отдачи электронов, степень окисления атома при этом повышается: Al⁰ - 3ē → Al⁺³ ;

Восстановлением называется процесс присоединения электронов, степень окисления при этом понижается: S⁰ + 2ē → S^―2;

Вещества, атомы которых присоединяют электроны, называются окислителями. В процессе реакции окислители восстанавливаются. Вещества, атомы которых отдают электроны, называются восстановителями. В реакции восстановители окисляются.

Окислителями могут быть: неметаллы в свободном состоянии (O₂⁰, N₂⁰, S⁰ и т.д.); неметаллы и металлы в высшей степени окисления (Н₂S⁺⁶О₄, HN⁺⁵O₃, K₂Cr₂⁺⁶O₇ и т.д.). Восстановителями могут быть: металлы и водород в свободном состоянии (Н₂⁰, Al⁰, Mg⁰ и т.д.); металлы и неметаллы в низшей степени окисления (N^—3H₃, Sn⁺²Cl₂ , HCl^―1 и т.д.).

Вещества, в состав которых входит элемент в промежуточной степени окисления, проявляют окислительно-восстановительную двойственность: по отношению к окислителю они являются восстановителями, а по отношению к восстановителям – окислителями.

ОВР - это единство 2-х противоположных процессов – окисления и восстановления. Число электронов, которое отдает восстановитель, равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. На этом основан способ подбора коэффициентов в ОВР методом электронного баланса.

Различают три основных типа окислительно- восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные ОВР – это реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в молекулах разных веществ:

2Ca⁰ + O₂⁰ → 2Ca⁺²O^―2

2. Внутримолекулярные ОВР – это реакции, которые протекают с изменением степени окисления разных атомов в одной молекуле:

2Hg⁺²O^―2 → 2Hg⁰ + O₂⁰

3. Реакции диспропорционирования – это реакции, протекающие с изменением степени окисления одинаковых атомов в молекуле одного и того же вещества:

Cl₂⁰ + H₂O → HCl^― + HCl⁺¹O

Межмолекулярные ОВР уравниваются слева направо, а внутримолекулярные и диспропорционирования – справа налево.

Основные этапы составления уравнения методом электронного баланса рассмотрим на примере реакции

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

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

Na₂⁺¹ S⁺⁴ O₃^―2 + K⁺¹ Mn⁺⁷ O₄^―2 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^―2 →

→ Na₂⁺¹ S⁺⁶ O₄^―2 + Mn⁺² S⁺⁶O₄^―2 + K₂⁺¹S⁺⁶O₄^―2 + H₂⁺¹O^―2

2. Находим окислитель и восстановитель в данной реакции и записываем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

S⁺⁴ – 2 ē → S⁺⁶ (окисление)

Mn⁺⁷ + 5 ē → Mn⁺² (восстановление)

Степень окисления серы повысилась от +4 до +6, следовательно, Na₂SO₃ – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления марганца понижается от +7 до +2, следовательно, KMnO₄ – окислитель и в процессе реакции восстанавливается.

3. Для числа отданных и принятых электронов находим наименьшее общее кратное и определяем основные коэффициенты:

S⁺⁴ – 2 ē → S⁺⁶ 2 5 (окисление 10 ē)

Mn⁺⁷ + 5 ē → Mn⁺² 5 2 (восстановление 10 ē)

Наименьшее общее кратное – число 10. Разделив это число на 2, получаем коэффициент 5 при восстановителе Na₂SO₃, а разделив 10 на 5, получаем коэффициент 2 при окислителе KMnO₄.

4. Переносим основные коэффициенты в молекулярное уравнение ОВР:

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

5. Сопоставляя левые и правые части уравнения, находим коэффициенты для остальных участников реакции в следующем порядке: сначала уравниваем число атомов металлов, далее – число атомов неметаллов (кроме водорода); в последнюю очередь уравнивается число атомов водорода. Окончательно уравнение будет иметь вид:

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

Для проверки правильности подобранных коэффициентов подсчитываем баланс атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Если число элементов, атомы которых изменяют степени окисления, больше двух, то определяют общее число электронов, отдаваемых восстановителем, и общее число электронов, принимаемых окислителем.

Рассмотрим реакцию:

FeS + O₂ → Fe₂O₃ + SO₂

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

Fe⁺²S^―2 + O ₂ ⁰ → Fe₂⁺³O ₃^―2 + S⁺⁴O ₂^―2

2. Находим окислитель и восстановитель в данной реакции и записываем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

Fe⁺² – 1 ē → Fe⁺³ (окисление)

S^―2 – 6 ē → S⁺⁴ (окисление)

2O⁰ + 4 ē → 2O^―2 (восстановление)

Степень окисления серы повысилась от - 2 до +4, а железа от +2 до +3, следовательно, FeS – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления кислорода понижается от 0 до -2, следовательно, О₂ – окислитель и в процессе реакции восстанавливается.

3. Для общего числа отданных атомами железа и серы электронов (7ē) и принятых кислородом электронов (4ē) находим наименьшее общее кратное (28) и определяем основные коэффициенты:

Fe⁺² – 1 ē → Fe⁺³ 7 4

S^―2 – 6 ē → S⁺⁴ 28

2O⁰ + 4 ē → 2O^―2 4 7

4. Окончательное уравнение ОВР будет иметь вид:

4 FeS + 7 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 4 SO₂