Дисперсные системы. Растворы (стр. 14 )

Вычислим степень окисления хрома в дихромат – ионе (Cr2О7)2-.

Сумма всех степеней окисления в сложном ионе должна быть равна (-2), поэтому обозначим степень окисления хрома через Х, составим уравнение 2Х +(-2)*7 = -2, из которого Х = +6.

Понятие степени окисления для большинства соединений имеет условный характер, т. к. не отражает реальный эффективный заряд атома. В простых ионных соединениях степень окисления входящих в них элементов равна электрическому заряду, поскольку при образовании этих соединений происходит практически полный переход электронов от одного

+1 -1 +2 -1 +3 -1

атома к другому: NaI, MgCI2, AIF3. Для соединения с полярной ковалентной связью фактический эффективный заряд меньше степени окисления, однако это понятие весьма широко используется в химии.

Основные положения теории ОВР:

1. Окислением называют процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Частицы, отдающие электроны, называют восстановителями; во время реакции они окисляются, образуя продукт окисления. При этом элементы, участвующие в окислении, повышают свою степень окисления. Например:

AI – 3e - ® AI3+

H2 – 2e - ® 2H+

Fe 2+ - e - ® Fe3+

2. Восстановлением называют процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Частицы, присоединяющие электроны, называют окислителями; во время реакции они восстанавливаются, образуя продукт восстановления. При этом элементы, участвующие в восстановлении, понижают свою степень окисления. Например:

S + 2e - ® S2-

CI2 + 2e - ® 2 CI ˉ

Fe3+ + e - ® Fe 2+

3.Вещества, содержащие частицы восстановители или окислители, соответственно называют восстановителями или окислителями. Например, FeCI2 является восстановителем за счет Fe2+, а FeCI3 - окислителем за счет Fe3+.

4. Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением. Таким образом ОВР представляют собой единство двух противоположенных процессов – окисления и восстановления

5. Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. На последнем правиле базируются два метода составления уравнений для ОВР:

1. Метод электронного баланса.

Здесь подсчет числа присоединяемых и теряемых электронов производится на основании значений степеней окисления элементов до и после реакции. Обратимся к простейшему примеру:

Na0 + Cl ® Na+ Cl

 

2

2 Na0 – eˉ ® Na+ - окисление

1 Cl2 + 2eˉ ® 2 Cl - восстановление

2 Na + Cl2 = 2Na+ + 2Cl

2 Na + Cl2 = 2NaCl

Данный метод используют в том случае, если реакция протекает не в растворе (в газовой фазе, реакции термического разложения и т. д.).

2. Метод ионно-электронный (метод полуреакций).

Данный метод учитывает среду раствора, дает представление о характере частиц реально существующих и взаимодействующих в растворах. Остановимся на нем более подробно.

Алгоритм подбора коэффициентов ионно-электронным методом:

1. Составить молекулярную схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции.

2. Составить полную ионно-молекулярную схему реакции, записывая слабые электролиты, малорастворимые, нерастворимые и газообразные вещества в молекулярном виде, а сильные электролиты – в ионном.

3. Исключив из ионно-молекулярной схемы ионы, не изменяющиеся в результате реакции (без учета их количества), переписать схему в кратком ионно-молекулярном виде.

4. Отметить элементы, изменяющие в результате реакции степень окисления; найти окислитель, восстановитель, продукты восстановления, окисления.

5. Составить схемы полуреакций окисления и восстановления, для этого:

а) указать восстановитель и продукт окисления, окислитель и продукт восстановления;

б) уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций (выполнить баланс по элементам) в последовательности: элемент, изменяющий степень окисления, кислород, другие элементы; при этом следует помнить, что в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы Н2О, ионы Н+ или ОН – в зависимости от характера среды:

Процесс	Кислая среда	Нейтральная среда	Щелочная среда
Связывание избытка кислорода	О-2+2Н+ =Н2О	О-2+Н2О=2ОН ˉ	О-2+Н2О=2ОН ˉ
Восполнение недостатка кислорода	Н2О= О-2+2Н+	Н2О = О-2+2Н+	2ОН ˉ=О-2+Н2О

в) уравнять суммарное число зарядов в обеих частях полуреакций; для этого прибавить или отнять в левой части полуреакций необходимое число электронов (баланс по зарядам).

6. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и полученных электронов.

7. Найти основные коэффициенты при каждой полуреакции. Для этого полученное в п.6 число (НОК) разделить на число электронов, фигурирующих в данной полуреакции.

8. Умножить полуреакции на полученные основные коэффициенты, сложить их между собой: левую часть с левой, правую – с правой (получить ионно-молекулярное уравнение реакции). При необходимости “привести подобные” ионы с учетом взаимодействия между ионами водорода и гидроксид-ионами: H++OH ˉ= H2O.

9. Расставить коэффициенты в молекулярном уравнении реакции.

10. Провести проверку по частицам, не участвующим в ОВР, исключенным из полной ионно-молекулярной схемы (п.3). При необходимости коэффициенты для них находят подбором.

11. Провести окончательную проверку по кислороду.

Примеры:

1. Кислая среда.

Молекулярная схема реакции:

KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 ® MnSO4 + NaNO3 + H2O + K2SO4

Полная ионно-молекулярная схема реакции:

K++MnO+ Na++NO+2H++ SO ® Mn2+ + SO+ Na+ + NO+ H2O + 2K+ +SO.

Краткая ионно-молекулярная схема реакции:

+7 +3 +5

MnO+NO+2H+ ® Mn2+ + NO + H2O

ок-ль в-ль продукт в-ния продукт ок-ия

В ходе реакции степень окисления Mn понижается от +7 до +2 (марганец восстанавливается), следовательно, MnО – окислитель; Mn2+ - продукт восстановления. Степень окисления азота повышается от +3 до +5 (азот окисляется), следовательно, NO– восстановитель, NO – продукт окисления.

Уравнения полуреакций:

2 MnO + 8H+ + 5e - ® Mn2+ + 4H2O - процесс восстановления

10 +7 +(-5) = +2

5 NO + H2O – 2e - ® NO + 2H+ - процесс окисления

-1 -(-2) = +1

2MnO+ 16H+ + 5NO+ 5H2O = 2Mn2+ +8H2O + 5NO + 1OH+ (полное ионно-молекулярное уравнение).

В суммарном уравнении исключаем число одинаковых частиц, находящихся как в левой, так и в правой частях равенства (приводим подобные). В данном случае это ионы Н+ и Н2О.

Краткое ионно-молекулярное уравнение будет иметь вид

2MnO + 6H+ + 5NO ® 2Mn2+ + 3H2O + 5NO.

В молекулярной форме уравнение имеет вид

2KMnO4 + 5 NaNO2 + 3 H2SO4 = 2MnSO4+5NaNO3 + 3H2O + K2SO4.

Проверим баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР:

K+ ( 2 = 2), Na+ (5 = 5), SO (3 = 3). Баланс по кислороду: 30 = 30.

2. Нейтральная среда.

Молекулярная схема реакции: