Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) -
– химические реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления
Степень окисления атомов элементов простых веществ равна нулю
Степень окисления водорода в соединениях +1, кроме гидридов
Степень окисления кислорода в соединениях -2, кроме пероксидов и соединений с фтором
Сумма всех степеней окисления атомов в соединении равна нулю
Сумма всех степеней окисления атомов в ионе равна значению заряда иона
Mgº, Cl2º, O2º
+1 +1 -1
HCl, H2O, NaH
-2 -1 +2
H2O, Н2О2, OF2
+1 +6 -2
H2SO4
2(+1)+6+4(-2)=0
+6 -2
SO4
6+4(-2)=-2

Распознавание уравнений ОВР
Запишите значения степеней окисления атомов всех элементов в уравнении реакции
Определите изменяется ли степень окисления атомов элементов.
+2 -2 +1 -1 +2 -1 +1 -2
PbO + 2HCl → PbCl2 + H2O
Степень окисления не изменяется => реакция не окислительно-восстановительная
+4 -2 +1 -1 +2 -1 0 +1 -2
PbO2 + 2HCl → PbCl2 + Cl2 + 2H2O
Степень окисления изменяется => реакция окислительно-восстановительная

Распознавание окислителя и восстановителя
+4 -2 +1 -2 0
SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
+4
SO2 4
окислитель 3
2
1
0
-1
-2 H2S
восстановитель

Метод электронного баланса
+4 -2 +1 -2 0
SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O
+4 0 +4 _ 0
S → S S +4 e → S 1
_
+4 → 0 взял e – восстановление
+4 +(-4)=0
-2 0 -2 _ 0
S → S S – 2 e → S 2
_
-2 → 0 отдал e – окисление
-2 - (-2)=0

Влияние среды на характер протекания реакции
+7
Mn
_
(MnO4)
+
H
H2O
-
OH
2+
Mn +6
Mn
2-
(MnO4)
+4
MnO2↓

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
FeSO4+KMnO4+…→…+K2SO4+K2MnO4
Степень окисления Mn изменяется от +7 до +6 в щелочной среде!
FeSO4 окисляется в щелочной среде до Fe(OH)3
FeSO4+KMnO4+3KOH→ Fe(OH)3 +K2SO4+K2MnO4
FeSO4 – восстановитель, KMnO4 – окислитель

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции:
Zn+KMnO4+…→…+K2SO4+MnSO4 +Н2О
Степень окисления Mn изменяется от +7 до +2 в кислой среде!
Электронный баланс:
Mn+7 + 5e- → Mn+2 2
Zn0 – 2e- → Zn+2 5
5Zn+2KMnO4+8H2SO4→5ZnSO4 +
+K2SO4+2MnSO4 +8Н2О

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
K2SO3+KMnO4+…→…+MnO2 +…
Степень окисления Mn изменяется от +7 до +4 в нейтральной среде!
Электронный баланс:
Mn+7 + 3e- → Mn+4 2
S+4 – 2e- → S+6 3
3K2SO3+2KMnO4+H2O→3K2SO4+2MnO2 +2KОH

Влияние среды на характер протекания реакции
+6
Cr
2-
(Cr2O7 )
2-
(CrO4)
+
H
H2O -
OH
3+
Cr
[Cr(OH)6]3-
Cr(OH)3↓

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции: H2S+K2Cr2O7+…→…+Cr2(SO4)3+…+H2O
Соли Cr(III) образуются в кислой среде!
Электронный баланс:
2Cr+6 + 6e- →2Cr+3 1
S-2 – 2e- → S0 3
3H2S+K2Cr2O7+4H2SO4 →
3S ↓ +Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции: H2S+K2CrO4+…→…+Cr(OH)3 ↓ +KOH
Гидроксид хрома(III) образуется в нейтральной среде.
Электронный баланс:
Cr+6 +3e- →Cr+3 2
S-2 – 2e- → S0 3
3H2S+2K2CrO4+2H2O →3S↓ +2Cr(OH)3 ↓ +4KOH

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции:
K2CrO4+H2O2+…→K3[Cr(OH)6]+O2↑+…
Комплексный анион [Cr(OH)6]3- образуется в щелочной среде.
Электронный баланс:
Cr+6 +3e- →Cr+3 2
2O-1 – 2e- → O2 3
2K2CrO4+3H2O2+2KOH+2H2O →2K3[Cr(OH)6]+3O2↑
Т.к. в правой части уравнения в составе гидроксокомплекса содержится уже 6 атомов водорода, вода переносится в левую часть уравнения.

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции:
NaCrO2+…+NaOH→…+NaBr +H2O
Соединения хрома(III) при окислении в щелочной среде образуют хроматы (CrO42-). Степень окисления хрома увеличивается от +3 до +6, следовательно NaCrO2 является восстановителем, а окислителем будет служить Br2, степень окисления которого снижается от 0 до -1.
Электронный баланс:
Cr+3-3e-→ Cr+6 2
Br2+2e-→2Br- 3
2NaCrO2+3Br2+8NaOH→2 Na2 CrO4+6NaBr +4H2O

ОВР азотной кислоты

ОВР азотной кислоты
0 +5 +2 +1
4Ca + 10HNO3(конц.) → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O
0 _ +2
Ca – 2 e → Ca 4
+5 _ +1
2N + 8 e → 2N 1
Ca – восстановитель
HNO3 – окислитель
0 +5 +2 +4
Cu + 4HNO3(конц.)→Cu(NO3)2 +2NO2 + 2H2O

ОВР азотной кислоты
S0 + 6HNO3(конц) = H2S+6O4 + 6NO2 + 2H2O
B0 + 3HNO3 (конц)= H3B+3O3 + 3NO2
3P0 + 5HNO3 + 2H2O = 5NO + 3H3P+5O4
P0 + 5HNO3 (конц) = 5NO2 + H3P+5O4+H2O

ОВР азотной кислоты
+2 -1 +5 +3 +6 +4
FeS2 + 18HNO3(конц.)→Fe(NO3)3+2H2SO4+15NO2+7H2O +2 _ +3
Fe – 1 e → Fe _
– 15 e 1
-1 _ +6
2S – 14 e → 2S
+5 _ +4
N + e → N 15
FeS2 – восстановитель
HNO3 – окислитель

ОВР с участием органических соединений
Окисление алкенов в нейтральной среде:
C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O→ CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH
Окисление алкенов в кислой среде:
CH3CH=CH2 +2KMnO4 +3H2SO4 →CH3COOH +CO2 +2MnSO4 +K2SO4 +4H2O
Окисление алкенов в щелочной среде:
CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 13KOH→ CH3COOK + K2CO3 + 8H2O + 10K2MnO4

Окисление алкинов
в нейтральной среде:
3CH≡CH +8KMnO4→3KOOC – COOK +8MnO2 +2КОН +2Н2О
2C-1 – 8e- → 2C+3 3
Mn+7 +3e- →Mn+4 8
в кислой среде:
5CH≡CH +8KMnO4 +12H2SO4 →5HOOC– COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +12Н2О
CH≡CH + 2KMnO4 +3H2SO4 =2CO2 + 2MnSO4 + 4H2O + K2SO4

Окисление гомологов бензола
H O
↓-3 +3
H → C ← H C | | O – H
+7 +2
5 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5 + 6MnSO4 + 3K2SO4 +4H2O
восстано- окисли- среда
витель тель
-3 _ +3
С – 6 e → C 5
+7 _ +2
Mn + 5 e → Mn 6

Окисление гомологов бензола
Обратите внимание, что только α-углеродные атомы (непосредственно связанные с бензольным кольцом) окисляются до карбоксильных групп, остальные атомы углерода – до углекислого газа.
5C6H5-CH2CH3 + 12KMnO4+18H2SO4→
→5С6Н5СООН+CO2+12MnSO4 +6K2SO4 +28H2O
C-2 -5e- →C+3 5
C-3 -7e- →C+4
Mn+7 +5e-→Mn+2 12

Окисление стирола
В нейтральной среде:
3C6H5-CH =CH2+2 KMnO4+ H2O→
3C6H5-CH(OH) -CH2(OH)+2MnO2+2KOH
В кислой среде:
C6H5-CH=CH2 +2KMnO4+3H2SO4→
С6Н5СООН+CO2+2MnSO4 +K2SO4 +H2O

Окисление спиртов
3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
3СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4→
3KOOC – COOK +8MnO2 +2КОН +8Н2О
5СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4-+12H2SO4→
→5HOOC – COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +22Н2О

Окисление альдегидов
3CH3CH=O + 2KMnO4 = CH3COOH +
+ 2CH3COOK + 2MnO2 + H2O
3CH3CH=O + K2Cr2O7 + 4H2SO4 =
= 3CH3COOH + Cr2(SO4)3 + 7H2O
3СН2О + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 =
= 3CO2 +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

Окисление карбоновых кислот
НСООН + HgCl2 =CO2 + Hg + 2HCl
HCOOH+ Cl2 = CO2 +2HCl
HOOC-COOH+ Cl2 =2CO2 +2HCl