Окислительно-восстановительные реакции.

Цель работы - ознакомление с окислительно-восстановительными свойствами металлов, неметаллов и их соединений, освоение методи­ки составления уравнений окислительно-восстановительных процессов.

Реакции, протекания которых связано со смещением или полным пере­ходом электронов от одних атомов к другим, называют окислительно-восстановительными.

Число электронов, смещенных от атома (иона) данного элемента или к атому (иону) данного элемента в соединении, называют степенью окис­ления. Степень  окисления может быть положительной (электроны смещены от атома или иона) и отрицательной (электроны сменены к атому или  иону).

Процесс отдачи электронов, т.е. повышения степени окисления эле­мента, называют окислением, а вещества, отдающие электроны - восстано­вителями. К типичным восстановителям относятся простые вещества, атомы которых характеризуются невысокой электроотрицательностью (металлы, водород, углерод), некоторые анионы (, ,  и др.); катионы, у которых степень окисления может возрастать (,  и др.).

Процесс присоединения электронов, т.е. понижения степени окисле­ния, называют восстановлением, а вещества, принимающее электроны, на­зывают окислителями.  К типичным окислителям относятся простые вещест­ва, атомы которых характеризуются высокой электроотрицательностью (элементы VI и VII групп главных подгрупп), катионы с высокой степенью окисления (, , ), анионы, в которых электроположительный элемент имеет высокую степень окисления (, , ), высшие оксиды, а также пероксиды.

Окислительно-восстановительные реакции - это одновременно проте­кающие процессы окисления и восстановления. Реакции, в которых окисли­тели и восстановители представляют собой разные вещества, называют межмолекулярными. Если окислителями и восстановителями служат атомы или ионы одной и той же молекулы, то такие реакции называют внутримолекулярными.

Составление окислительно-восстановительных реакций требует стро­гого соблюдения правил, изложенных в данном разделе, что поможет нап­исать любую окислительно-восстановительную реакцию. Для этого сущест­вуют два метода электронного баланса и ионно-электронной полуреакции. Первый может пригодиться только тогда, когда известны все продук­ты реакции и исходные вещества, при этом основное правило - установить степени окисления элементов, которые в результате реакции из­менили свою степень окисления, а затем для этих элементов записать уравнение электронного баланса, расставить коэффициенты в уравнении реакции и по кислороду проверить правильность написания уравнения.

Пример:

1)                 Установим степени окисления у всех элементов:

видно, что степень окисления изменили два элемента - железо и марга­нец. Составим для них уравнение электронного баланса:

расставим коэффициенты около окислителя и восстановителя:

а теперь  методом "пинг-понга" устанавливаются последовательно коэффи­циенты в левой и правой части у всех остальных  элементов  так,  чтобы последним уравнивался водород.

Справа и слева имеется по 80 атомов кислорода, следовательно, коэффи­циенты в уравнении расставлены правильно.

Метод полуреакций,  или ионно-электронный,  применяется только в том случае, когда неизвестны все вещества, входящие в уравнение. Этот метод решения окислительно-восстановительных реакций намного мощнее метода электронного баланса, он позволяет написать продукты и расста­вить коэффициенты в реакции, если известны только исходные вещества и среда, в которой происходит реакция.

Последовательность действий при написании окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом следующая:

1)                 необходимо установить, какое вещество восстановитель, а какое окислитель;

2)                 в соответствии с ниже приведенными схемами записываются полуреакции (в ионном виде) с окислителями и восстановителями. Заряд в этих реакциях уравнивается прибавлением или отниманием электронов в левой части уравнения, необходимо при этом учесть, что:

a)                 окислитель превращается в ион с низшей степенью окисления;

b)                восстановитель превращается в соединение с высшей степенью окисления;

3)                 находится число, равное наименьшему общему кратному между числом электронов в полуреакциях окисления и восстановления;

4)                 полуреакции складываются;

5)                 записывается уравнение из противоионов для левой части и такое же уравнение для правой части;

6)                 записывается суммарное молекулярное уравнение реакции.

Схемы для ионно-электронного метода (полуреакций)

1)                 Если в исходных веществах больше кислорода, то в продуктах ре­акций на каждый атом кислорода имеем:

в кислой среде молекулу воды

в щелочной' и нейтральной среде – гидроксогруппу

2)                 Если в исходных веществах меньше кислорода, то в продуктах на каждый атом кислорода имеем:

в кислых и нейтральных средах

в щелочной среде

3)                 Превращение, аниона перманганата в окислительно-восстановительных процессах:

4)                 Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами:

5)                 Превращения бихромат - иона в окислительно-восстановительных процессах:

Из неметалла образуется кислота с высшей степенью окисле­ния неметалла.

Разберем принцип написания окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом на следующем примере:

Окислителем может быть только бихромат калия,  т.к. в этом соединении он имеет высшую степень окисления +6.  добавлена для создания кислой среды, следовательно, восстановителем является ион тиоцианата, в котором каждый элемент является восстановителем.

Запишем реакцию окисления восстановителя в ионном виде:

(углерод превращается в , как этого требует правило превращения восстановителя в анион высшей степени окисления элемента). В кислой среде недостаток кислорода в исходном веществе требует добавления к левой части уравнения воды:

уравновесим заряд (добавили, т.к. необходимо в левую часть прибавить 7 атомов кислорода)

Запишем процесс восстановления окислителя, воспользовавшись вышеприведенной схемой:

В исходном веществе больше кислорода,  среда кислая,  следовательно, к свой части необходимо добавить - протоны:

уравновесим заряд

и в результате получим

после сложения получим ионное уравнение:

после удаления молекул воды и протонов водорода получим:

Напишем уравнение из противоионов:

Суммарное уравнение в молекулярном виде

Обратите внимание,  что один из продуктов реакции () может реагировать с серной кислотой, которую обычно добавляют в избытке:

но, так как в реакции получилось 6-молекул карбоната калия, то послед­нее уравнение необходимо умножить на 6 и эти два уравнения сложить в результате получим:

Приведем одинаковые вещества под один коэффициент:

Экспериментальная часть.

    Смотрите также

    Изучение процесса восстановления серебра в водных растворах
    В последние годы интерес к изучению и получению наноразмерных частиц существенно возрос. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наноматериалов во мно ...

    Роль химии в естествознании
    ...

    Процесс компаундирования нефтепродуктов
    Промышленное производство нефтепродуктов состоит из следующих основных этапов: первичная, вторичная переработка нефти и процессы смешения (компаундирования). Первичная переработка (пря ...