Методические указания и контрольные задания по химии для студентов заочного обучения инженерно-технических (нехимических) специальностей (стр. 15 )

Все реакции можно разделить на две группы: в одних степень окисления атомов остается постоянной, в других она меняется. К первым относятся обменные реакции, некоторые процессы синтеза и распада веществ. В отличие от них протекание окислительно-восстановительных реакций связано со сдвигом или полным переходом электронов от одних атомов (ионов) к другим – от восстановителя к окислителю.

Об окислительно-восстановительных свойствах элементов и соединений можно судить, руководствуясь периодической системой .

Типичными окислителями являются:

·  простые вещества, атомы которых обладают большой электроотрицательностью (элементы VIA и VIIA групп); из них наиболее активен фтор (F);

· ионы с дефицитом электронов: простые катионы с высшей или большей степенью окисления, например:

·  растворы кислот.

Растворы кислот – более сильные окислители, чем растворы их солей, причем окислительная активность кислот возрастает с ростом концентрации.

Типичные восстановители:

· элементы, атомы которых обладают наименьшей электроотрицательностью (элементы основных подгрупп I и II группы)

·  анионы, как простые, например , так и сложные, в которых более электроотрицательный элемент не имеет предельной степени окисления, например .

·  катионы, у которых степень окисления может возрасти, например

· некоторые вещества при высоких температурах, например С, СО, .

В качестве восстановителей применяют также нагретые магний (Mg), алюминий (Al), цинк (Zn), железо (Fe) и некоторые другие металлы. Восстановительная активность металла тем больше, чем меньше их потенциал ионизации.

Вещества, содержащие элементы в максимальной и минимальной степенях окисления, могут быть соответственно только окислителями или только восстановителями. Вещества, содержащие вещества в промежуточной степени окисления, могут быть как окислителями (под влиянием более активного, чем они восстановителя), так и восстановителями (под влиянием более энергичного, чем они, окислителя).

Степень окисления – это тот условный заряд, который приобрёл бы атом элемента, если предположить, что он принял или отдал то или иное число электронов.

Пример 1.

Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соединениях , определите, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение: степень окисления (n) азота (N) в указанных соединениях соответственно равна: (низшая), промежуточная), (высшая); степень окисления серы (S) соответственно равна: (низшая), (промежуточная), (высшая); степень окисления марганца (Mn) соответственно равна: (промежуточная), (высшая). Из этого следует, что – только восстановители; – только окислители; – окислители и восстановители.

Пример 2.

Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции (ОВР) между следующими веществами: а) и ; б) и ; в) и ?

Решение: а) степень окисления в ; в . Так как и сера и иод находятся в своей низшей степени окисления, то оба взятые вещества могут проявлять только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут; б) в (низшая); в (промежуточная). Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причём является окислителем; в) в (промежуточная); в (высшая). Взятые вещества могут взаимодействовать, в этом случае будет проявлять восстановительные свойства.

Рассмотрим составление ОВР на конкретных примерах.

1.  Восстановление перманганата калия в кислой среде.

Ионная схема реакции:

Из составленной схемы видим, что ион окисляется в ион ,а ион восстанавливается до иона . Причем степень окисления в первом случае возросла с до , а во втором уменьшилась от до . Таким образом, ион железа () будет окисляться, являясь при этом восстановителем, а будет восстанавливаться, являясь окислителем.

Частичное уравнение окисления будет выглядеть следующим образом:

При написании частичного уравнения восстановления необходимо учесть наличие атомов кислорода в ионе . Для связывания их в молекулу воды нужно добавить ионы водорода из кислой среды и завершить баланс добавлением 5 электронов:

При выводе общего уравнения реакции частичные уравнения надо умножить на такие множители, чтобы число потерянных и приобретенных электронов было одинаково.

│ окисление (восстановитель)

│ восстановление (окислитель)

После умножения каждого уравнения на коэффициенты и суммирования получим ионное уравнение ОВР:

В молекулярном виде:

2.  Восстановление перманганата калия в щелочной среде

Ионное уравнение имеет вид:

Степени окисления меняются у марганца и серы.

Составим частичные уравнения окисления и восстановления:

│ восстановление (окислитель)

│ окисление (восстановитель)

Чтобы восполнить недостаток атомов кислорода в левой части уравнения окисления, добавляют гидроксильные группы , тогда в правой части уравнения появляются молекулы .

Суммируем полученные уравнения:

Молекулярное уравнение: