Химия: Методические указания к лабораторным работам, страница 7

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называются реакции, протекающие с изменением степени окисления некоторых элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления характеризует состояние элемента в веществе, насыщенность его электронами. Формально степень окисления может быть положительной, нулевой и отрицательной. Она проставляется справа от элемента, вверху.

Положительная степень окисления равна числу электронов, смещенных от данного атома. Например: Н⁺¹Сl, С⁺⁴О₂, Н₃Р⁺⁵О₄.

Отрицательная степень окисления равна числу электронов, смещенных в сторону данного атома от атомов связанных с ним элементов. Например: НСl^-1, H₂S^-2, N^-3Н₃.

При определении степени окисления по формуле необходимо помнить:

- степень окисления кислорода в соединениях равна -2. Исключения: OF₂, где степень окисления кислорода равна +2; Н₂О₂ - степень окисления кислорода -1; O₂F₂ - степень окисления кислорода +1;

- степень окисления водорода в соединениях +1. Исключение составляют гидриды, где степень окисления -1; например, Na⁺H^-.

- степень окисления простых веществ всегда равна 0;

- алгебраическая сумма всех степеней окисления элементов, входящих в электронейтральное соединение, равна 0.

Например,

H₂⁺¹S⁺⁶0₄^-2,  

где  2·(+1) + (+6) + 4·(-2) = 0;

- подавляющее число элементов проявляет в соединениях переменную степень окисления. Например: H₂S^-2, S⁺²O, S⁺⁴О₂, S⁺⁶O₃.

В любой окислительно-восстановительной реакции должен быть окислитель и восстановитель.

Окислитель - элемент, принимающий электроны. Процесс присоединения электронов называется восстановлением, т.е. окислитель в ходе реакции восстанавливается, степень его окисления понижается.

Например:

S⁰ + 2ē ® S^-2,

Fe⁺³ + 1ē ® Fe⁺²,

Mn⁺⁷ + 5ē ® Mn⁺²,

Cr⁺⁶ + 3ē ® Сг⁺³.

Сильными окислителями являются фтор и другие галогены в свободном состоянии, кислород, сера, а также вещества, содержащие элементы в высшей степени окисления: Sn⁺⁴O₂, KMn⁺⁷O₄, K₂Cr₂⁺⁶O₇.

Восстановитель – элемент, отдающий электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением, т.е. восстановитель в ходе реакции окисляется, степень его окисления повышается. Например:

Са⁰ - 2ē ® Са⁺²,

S^-2 - 8ē ® S⁺⁶,

Sn⁺² - 2ē ® Sn⁺⁴.

Сильными восстановителями являются водород, все металлы в свободном состоянии, а также вещества, содержащие элементы с отрицательной степенью окисления: Сl^-, Br^-, S^-2.

Окислителями и восстановителями могут быть все элементы в промежуточной степени окисления в зависимости от реагентов и среды.

Следует помнить, что рассмотрение реакции окисления-восстанов­ления как процесса отдачи и присоединения электронов не всегда отра­жает истинное положение вещей, так как в большинстве случаев проис­ходит не перенос электронов, а только смещение электронного облака связи от одного атома или иона к другому. Поэтому правильнее говорить об изменении электронной плотности у восстановителя и окислителя и характера поляризации атомов.

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные реакции. Протекают с изменением степени окис­ления атомов в различных молекулах, т.е. окислитель и восстановитель нахо­дятся в разных веществах. Например,

2KN⁺⁵O₃ + С⁰ = 2КN⁺³О₂ + С⁺⁴О₂­.

2. Внутримолекулярные реакции протекают с изменением степени окисления разных атомов в одной и той же молекуле. При этом атом с более положительной степенью окисления окисляет атом с меньшей степенью окис­ления. Например,

2Cu(N⁺⁵O₃^-2)₂2CuO + O₂⁰­ + 4N⁺⁴O₂­.

3. Реакции самоокисления-самовосстановления или диспропорцио­нирования (дисмутации) протекают одновременно с увеличением и уменьше­нием степени окисления атомов одного и того же элемента. Например,

4Na₂S⁺⁴0₃ 3Na₂S⁺⁶0₄ + Na₂S^-2.

Существует два метода составления окислительно-восстановитель­ных реакций: метод электронного баланса; электронно-ионный метод.

Оба метода основаны на законе сохранения заряда. При выполнении лабораторной работы используем метод электронного баланса.

Порядок выполнения действия следующий: