Окислительно-восстановительные реакции. Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов

ВВЕДЕНИЕ

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов. Изменение степеней окисления происходит вследствие перехода электронов от одних атомов к другим. Процесс потери электронов, сопровождающийся повышением степени окисления атомов, называется окислением:

Fe - 2e ® Fe²⁺. (1)

Процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления атомов, называется восстановлением:

S + 2e ® S^2-. (2)

В ОВР атом, принимающий электроны, называется окислитель, а атом, отдающий электроны, - восстановитель. Следовательно, окислитель принимает электроны и восстанавливается, а восстановитель отдает электроны и окисляется.

В любой ОВР, как и в любом другом химическом или физическом процессе, должны выполняться законы сохранения вещества (атомов) и заряда (электронов). Следовательно, в ОВР число отданных электронов должно быть равно числу принятых электронов. На этом положении основаны методы расстановки коэффициентов в ОВР. Наиболее распространенным методом является метод полуреакций. Рассмотрим его на примерах.

Пример 1: C + HNO₃ ® CO₂ + NO + H₂O.

1). указываем степень окисления у тех элементов, которые ее изменяют в ходе реакции:

C⁰ + HN⁺⁵O₃ ® C⁺⁴O₂ + N⁺²O +H₂O.

Отсюда видно, что С⁰-восстановитель,аN⁺⁵-окислитель.

2). В растворе атом-окислитель находится в составе иона NO₃^-, а атом-восстановитель в виде простого вещества С; продукт восстановления - молекула NO, а продукт окисления - молекула CO₂. Следовательно, реально мы имеем переходы:

C ® CO₂,

NO₃^- ® NO.

Однако в этих переходах не выполняются законы сохранения вещества и зарядов. Углерод должен получить два атома кислорода. Так как реакция протекает в водном растворе, источником кислорода могут быть молекулы воды. Две молекулы воды отдадут два иона кислорода О^-2, однако в качестве побочных продуктов будут четыре иона водорода Н⁺. Ионы кислорода связываются с углеродом с образованием СО₂:

С + 2Н₂О ® СО₂ + 4Н⁺.

В этой полуреакции уже выполнен закон сохранения вещества, однако не выполнен закон сохранения зарядов: суммарный заряд частиц слева от стрелки равен нулю, а справа +4. Следовательно, для соблюдения закона сохранения зарядов из левой части уравнения необходимо вычесть 4 электрона:

С + 2Н₂О - 4е^- ® СО₂ + 4Н⁺.

При составлении полуреакции перехода NO₃^- в NO следует воспользоваться «услугами» ионов водорода, которые присутствуют в растворе (HNO₃®H⁺ + NO₃^-):

NO₃^- + 4H⁺ + 3e^-® NO + 2H₂O

3).Для двух полученных полуреакций

С + 2Н₂О - 4е^- ® СО₂ + 4Н⁺,

NO₃^- + 4H⁺ + 3e^-® NO + 2H₂O

добьемся равенства чисел отданных и принятых электронов. Очевидно, что для этого первую полуреакцию нужно умножить на 3, а вторую на 4:

С + 2Н₂О - 4е^- ® СО₂ + 4Н⁺ ´3,

NO₃^- + 4H⁺ + 3e^-® NO + 2H₂O ´4.

Сделаем это и сложим обе полуреакции, произведя необходимые сокращения:

3С+4NO₃^- + 4H⁺® 3СО₂ + 4NO + 2H₂O.

В результате мы получили ионное уравнение реакции. Ее молекулярный вид:

3С+4 НNO₃ ® 3СО₂ + 4NO + 2H₂O.

Все коэффициенты в нем уже присутствуют.

Пример 2.

3H₂S^-2+K₂Cr⁺⁶₂O₇+4H₂SO₄®3S⁰+Cr⁺³₂(SO₄)₃+K₂SO₄+ 7H₂O

Н₂S - 2e^- ® S +2H⁺´3,

Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e® 2Cr⁺³ +7H₂O ´1.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: