Окислительно - восстановительные реакции

Классификация реакций

Классификация ОВР
Межмолекулярные– __________________________________________________________________________________________

Внутримолекулярные – _____________________________________________________________________________.
2 Na N+5O3-2 → 2 NaN+3O2 + O20

Диспропорционирования – _____________________________________________________________________________.

S+4O2 + 2H2S-2 → 3S0 + 2H2O
S+4 + 4ē → S0
S−2 – 2ē → S0
Конпропорционирование – это окислительно- восстановительный процесс, в котором из частиц, содержащих один и тот же элемент в различных степенях окисления, образуется соединение элемента с промежуточной по сравнению с исходными степенью окисления.

Окислительно - восстановительные реакции (ОВР)
Реакции, протекающие с изменением степени окисления, называются _________________________________________.
Степень окисления – _______________________________________________________________________.

«─» степень окисления имеют атомы, которые приняли электроны от других атомов или в их сторону смещены связующие электронные облака.
«+» степень окисления имеют атомы, которые отдали свои электроны другим атомам.
«0» степень окисления имеют атомы в молекулах простых веществ.

Правила определения степени окисления
самый электроотрицательный элемент, во всех соединениях -1
за исключением гидридов металлов
постоянная степень окисления –2, за исключением:
пероксида водорода
фторида кислорода

Атомы элементов главных подгрупп IV-VI групп могут проявлять несколько степеней окисления.
Высшую «+», равную номеру группы
Промежуточную, на 2 единицы меньше, чем высшая,
Низшую «─», равную разности между номером группы и число 8
Исключение: N (+1,+2,+3,+4,+5, -3)

Атомы металлов могут иметь только «+» степень окисления.
Атомы элементов VII группы, главной подгруппы –галогены (кроме фтора) могут иметь в соединениях все нечетные степени окисления от ─1 до +7 (─1, +1, +3,+5,+7)
Алгебраическая сумма степеней окисления в соединение равна 0, а в сложном ионе – заряду иона.

Окислители и восстановители
Вещества, ________________________, называются окислителями.
В процессе реакции окислители восстанавливаются.
Вещества, ___________________, называются восстановителями.
В реакции восстановители окисляются.

Окислителями могут быть:
Неметаллы в свободном состоянии;
Неметаллы и металлы в высшей степени окисления;
КМn+7О4 ; К2Сr2+6О7; HN+5O3 и ее соли — нитраты; H2SO4; РbО2; хлорная кислота НСlO4 и ее соли — перхлораты

Восстановителями могут быть:
Металлы и водород в свободном состоянии;
Наиболее активными восстановителями являются щелочные и щелочноземельные металлы, магний Mg0, алюминий Al0, цинк Zn0;
Металлы и неметаллы в низшей степени окисления.
Метан С-4Н4, силан Si-4H4, аммиак N-3H3, фосфин Р-3Н3, нитриды и фосфиды металлов (Na3N-3, Са3Р2), сероводород H2S-2 и сульфиды металлов, галогеноводороды HI-, НBr-, НCl и галогениды металлов, гидриды металлов (NaH-, СаН2) и др.

Вещества, в состав которых входит элемент в промежуточной степени окисления, проявляют окислительно – восстановительную двойственность: по отношению к окислителю они являются восстановителями, а по отношению к восстановителям – окислителями.

Процесс окисления и восстановления
Окислением называется процесс отдачи электронов, степень окисления атома при этом повышается:
Al0 - 3ē → Al+3
S-2 - 8ē → S+6
Восстановлением называется процесс присоединения электронов, степень окисления при этом понижается:
S0 + 2ē → S-2
Al+3 + 3ē → Al0

СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО-
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций часто используется специальный метод — метод электронного баланса. В основе его лежит следующее правило: общее число электронов, которые отдает восстановитель, должно быть равно общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.

Рассмотрим применение метода электронного баланса на примере реакции, которая выражается следующей схемой:
MnS +HNO3 → MnSO4 + NO + H2O
а) Определим степени окисления всех элементов в молекулах исходных веществ и продуктов реакции:
Mn+2S-2 + H+N+5O3-2 → Mn+2S+6O4-2 + N+2О-2 + H2+O-2

б) Подчеркнем символы элементов, которые изменяют степени окисления в ходе реакции:
MnS-2 + HN+5O3 → MnS+6O4 + N+2О + H2O
в) Составим уравнения процессов окисления и восстановления:
S-2 - 8ē → S+6 (окисление)
N+5 + 3ē → N+2 (восстановление)
Примечание: 2Вr– – 2ē→Br2

г) Находим множители для уравнений процессов окисления и восстановления, при умножении на которые числа отданных и присоединенных электронов будут равны.
Так как наименьшим общим кратным чисел «8» и «3» является «24», то уравнение процесса восстановления нужно умножить на «8», а уравнение процесса окисления — на «3»:
S-2 - 8ē → S+6 24 3
N+5 + 3ē → N+2 8
д) Найденные множители запишем как коэффициенты перед формулами веществ, которые содержат элементы, участвующие в процессах окисления и восстановления:
3 MnS + 8 HNO3 → 3 MnSO4 + 8 NO + H2O

е) После этого уравниваем числа атомов элементов, которые
не изменяют степени окисления. В данном случае это атомы марганца, водорода и кислорода.
3MnS + 8HNO3 → 3MnSO4 + 8NO + 4H2O
Обычно числа атомов водорода и кислорода уравнивают
в последнюю очередь.
Последовательность:
Основные коэффициенты;
Металлы;
Неметаллы;
Н;
Проверка по О.

Составим уравнение реакции, которая протекает по следующей схеме:
Cu + HNO3→Cu(NO3)2 + NO + Н2О
1) Определим степени окисления всех элементов и подчеркнем символы элементов, которые изменяют свои степени окисления:
2) Составим уравнения процессов окисления и восстановления и найдем множители, на которые нужно умножить эти уравнения:

Найденные методом электронного баланса коэффициенты напишем перед всеми формулами, содержащими Cu и N, кроме формулы HNO3, т.к. не все атомы азота, которые входят в состав HNO3, изменяют свою степень окисления: часть атомов азота без изменения степени окисления пере ходит в молекулы Cu(NO3)2:
Коэффициент перед формулой НNО3 равен общему числу
атомов азота в правой части уравнения, т. е. равен 8 (из них
6 атомов, которые не изменяют степень окисления):
В последнюю очередь уравниваем числа атомов водорода
и кислорода:

В некоторых ОВР более двух элементов изменяют свои степени окисления.
Два элемента — фосфор и сера — в ходе этой реакции
окисляются, один элемент — азот — восстанавливается:
Общее число электронов, которые участвуют в процессах
окисления, равно 22; в процессе восстановления участвует
1 электрон.

Запишем эти множители качестве коэффициентов перед формулами соответствующих веществ:
В заключение уравняем числа атомов водорода и кислорода:

Ионно-электронный метод
(метод полуреакций)
При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде). В ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы: H+ — кислая среда, OH— — щелочная среда и H2O – нейтральная среда.

Если исходный ион или молекула содержат больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то избыток атомов кислорода:
• в кислой среде связывается ионами H+ в молекулы воды;
• в нейтральной и щелочной среде избыток атомов кислорода связывают молекулами воды в группы ОН-

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.
1. Сначала необходимо составить схему реакции: записать вещества в начале и конце реакции:
Na2S+4O3+KMn+7O4+H2SO4 = Na2S+6O4+Mn+2SO4+K2SO4+H2O
2. Запишем уравнение в ионном виде, сократив те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:
SO32- + MnO4— + 2H+ = Mn2+ + SO42- + H2O

3. Далее определим окислитель и восстановитель и составим полуреакции процессов восстановления и окисления.
В приведенной реакции окислитель — MnO4— принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn2+. При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO4—, который, соединяясь с H+, образует воду:
MnO4— + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O
Восстановитель SO32- — окисляется до SO42-, отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO42- содержит больше кислорода, чем исходный SO32-. Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H+:
SO32- + H2O — 2ē = SO42- + 2H+

Находим коэффициент для окислителя и восстановителя, учитывая, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:
MnO4— + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O ¦2
малиново-фиолетовый бесцветный
окислитель, процесс восстановления
SO32- + H2O - 2ē = SO42- + 2H+ ¦5 восстановитель, процесс окисления

5. Затем необходимо просуммировать обе полуреакции, предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:
2MnO4-+16H+ +5SO32-+5H2O = 2Mn2++8H2O+5SO42-+10H+
Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:
2MnO4— + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
2К+ + 10 Na+ + 3SO42- = 2K+ + 10Na+ + 3SO42-
6. Запишем молекулярное уравнение, которое имеет следующий вид:
2KMnO4+5Na2SO3+ 3H2SO4= 5Na2SO4+2MnSO4+K2SO4+3H2O

Далее рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в нейтральной среде.
Na2S+4O3 + KMn+7O4 + H2O = Na2S+6O4 + Mn+4O2 ↓+ KOH
В ионном виде уравнение принимает вид:
SO32- + MnO4— + H2O = MnO2 + SO42- + OH—
Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO4—, а восстановителем SO32-.
В нейтральной и слабощелочной среде MnO4— принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО2. SO32-— окисляется до SO42-, отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:
MnO4— + 2H2O + 3ē = MnО2 ↓+ 4OH— ¦2
малиново-фиолетовый бурый
окислитель, процесс восстановления
SO32- + 2OH—— 2ē = SO42- + H2O ¦3 восстановитель, процесс окисления
Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:
3SO32- + 2MnO4— + H2O =2 MnO2 + 3SO42- + 2OH—
6Na+ + 2K+ = 6Na+ + 2K+
3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH

И еще один пример — составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.
Na2SO3 + KMnO4 + KOH = Na2SO4 + K2MnO4 + H2O
В ионном виде уравнение принимает вид:
SO32- + MnO4— + OH— = SO42-+ MnО42- + H2O
В щелочной среде окислитель MnO4— принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО42-. Восстановитель SO32-— окисляется до SO42-, отдав 2 электрона.