Окислительно-восстановительные реакции с электронной точки зрения

КАФЕДРА физиологии и ХИМИИ

ЛЕКЦИЯ
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ С ЭЛЕКТРОННОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

ТИПЫ РЕАКЦИЙ:
1. РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ:
2+ 4+ 2- 2+ 2- 4+ 2-
CaCO3 = CaO + CO2↑
1+ 5+ 2- 1+ 1- 1+ 1- 1+ 5+ 2-
AgNO3 + NaCl = AgCl ↓ + NaNO3

2. РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АТОМОВ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ:
ТИПЫ РЕАКЦИЙ:
2+ 2- 0 0
2HgO = 2Hg + O2 ↑
2+ 1- 3+ 1- 4+ 1- 2+ 1-
SnCl2 + 2FeCl3 = SnCl4 + 2FeCl2

КРИТЕРИЕМ
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ В РЕАКЦИЯХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ ЯВЛЯЕТСЯ ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ (ОЭО):

ЧЕМ БОЛЬШЕ ЗНАЧЕНИЕ ОЭО, ТЕМ СИЛНЕЕ ВЫРАЖЕНЫ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТА, И НАООБОРОТ

НАПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕХОДА ЭЛЕКТРОНОВ
В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЯХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ:
Mg ОЭО = 1,23 Cl ОЭО = 2,83
В-тель Mg
О-тель 2Cl
Mg
+
Cl2
0
0
=
MgCl2
2+ 1-
0
2+
процесс ок-ния
процесс в-ния
множ 2
0
1-
- 2ē →
Mg
1
+ 2ē →
2Cl
1

0 0
2Na + H2 =
0 1+
В-тель Na – ē → Na процесс ок-ния
0 1-
Ок-тель 2H + 2ē → 2H процесс в-ния
Na ОЭО = 1,01 H ОЭО = 2,10
2NaH
1+ 1-
множ 2
2
1

СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА:
1 ГРУППА: ТИПИЧНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ ( MAX. СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ)
6+ 7+ 7+ 6+ 5+ 4+
H2SO4, KClO4, KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, SnCl4
2 ГРУППА: ТИПИЧНЫЕ ВОССТАНОВИТЕЛИ ( MIN. СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ)
2- 1- 1- 3- 2+ 2+
H2S, HI, HCl, NH3, MnSO4, SnCl2 …

3 ГРУППА: ОКИСЛИТЕЛИ-ВОССТАНОВИТЕЛИ (ПРОМЕЖУТОЧНАЯ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ)
СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА: 4+ 4+ 4+ 3+ 5+
SO2, MnO2, Na2SO3, HNO2, HClO3 …

УРАВНЕНИЕ НЕРНСТА (1888 г.)
E = Eо+
R T
nF
ln
а ок-ля
а в-ля
,
где а = f c
E – ИСКОМЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
E0 – НОРМАЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ДАННОГО ЭЛЕКТРОДА (РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ, ПОГРУЖЕННЫМ В РАСТВОР ЕГО СОЛИ, СОДЕРЖАЩЕЙ 1 Г-ИОН/Л, И НОРМАЛЬНЫМ ВОДОРОДНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ) – НОСИТ НАЗВАНИЕ НОРМАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА

n – ЗАРЯД ИОНА МЕТАЛЛА
F – ЧИСЛО ФАРАДЕЯ = 96500 КУЛ / Г-ЭКВ
R – ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ = 8,315 ДЖ / Г-МОЛЬ
T – АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ПО ШКАЛЕ КЕЛЬВИНА = 273°+t°C
R T
nF
ln
а ок-ля
а в-ля
где а = f c
E = Eо+

НАПРАВЛЕНИЕ
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ:
E0
Sn+4/ Sn+2
Fe+3/ Fe+2
СЛЕДОВАТЕЛЬНО: E 0 > E 0
Sn+4/ Sn+2
Fe+3/ Fe+2 +3 +2 +2 +4
2Fe + Sn → 2Fe + Sn ,
РЕАКЦИЯ ИДЕТ В НАПРАВЛЕНИИ:
E0
= 0,15v,
= 0,77v,

+3 +2 +2 +4
2FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4
+3 +2
Ок-тель Fe + 1ē → Fe процесс в-ния
+2 +4
В-тель . Sn - 2ē → Sn процесс ок-ния
2
1
2

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ:
1. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ:
+4 0 +6 -2
2SO2 + O2 = 2SO3
+4 +6
В-тель S - 2ē → S процесс ок-ния
0 -2
Ок-тель 2O + 4ē → 2O процесс в-ния
2
1
4

2. ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ:
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ:
+5 -2 t° -1 0
2KClO3 → 2KCl + 3O2
+5 -1
Ок-тель Cl + 6ē → Cl процесс в-ния
-2 0
В-тель 2O - 4ē → O2 процесс о-ния
4
6
2
3

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ:
3. РЕАКЦИИ ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ:
+4 t° -2 +6
4 Na2SO3 → Na2S + 3Na2SO4

ПОДБОР КОЭФФИЦИЕНТОВ
В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЯХ

+7 +4 2KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4→
+2 +6
K2SO4+2MnSO4+5Na2SO4+3H20
А) МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА
СХЕМА ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА:
+7 +2
Ок-тель Mn + 5ē → Mn процесс в-ния
+4 +6
В-тель S – 2ē → S процесс ок-ния
─ 2- + 2+ 2-
2MnO4 + 5SO3 + 6H = 2Mn + 5SO4 + 3H2O
2
5
10

+7 +4 2KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4→
+2 +6
K2SO4+2MnSO4+5Na2SO4+3H20
Б) МЕТОД ИОННОГО БАЛАНСА (ПОЛУРЕАКЦИЙ)
СХЕМА ИОННОГО БАЛАНСА (СРЕДА КИСЛАЯ):
– + 2+
MnO4 + 5ē + 8H → Mn + 4 H2O
2- 2- +
SO3 - 2ē + H2O → SO4 + 2H
─ 2- + 2+ 2-
2MnO4 + 5SO3 + 6H = 2Mn + 5SO4 + 3H2O
2
5
+

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ
В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH →
2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
СХЕМА ИОННОГО БАЛАНСА:
– 2-
Ок-ль MnO4 + 1ē → MnO4 пр. в-ния
2- ─ 2-
В-ль SO3 + 2OH - 2ē → SO4 + H2O пр. ок-ния
─ 2- ─ 2- 2-
2MnO4 + SO3 + 2OH = 2MnO4 + SO4 + H2O
2
1

В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ:
2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O →
2MnO2↓ + 3Na2SO4 + 2KOH
– 0 –
MnO4 + 2H2O + 3ē → MnO2 + 4OH
2- 2- +
SO3 + H2O - 2ē → SO4 + 2H
─ 2- 0 2- –
2MnO4 + 3SO3 + H2O = 2MnO2↓ + 3SO4 + 2OH
2
3
+

ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА СТЕПЕНЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ MnO4–
МАЛИНОВЫЙ
БЕСЦВЕТНЫЙ
ЗЕЛЕНЫЙ
КОРИЧНЕВЫЙ

ГДЕ Δ ē – КОЛИЧЕСТВО ОТДАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ
=

В КИСЛОЙ СРЕДЕ: Э KMnO4 = 158/5 = 31,6
В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ: Э KMnO4 = 158/1 = 158
В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ: Э KMnO4 = 158/3 = 52,7
ГДЕ Δ ē – КОЛИЧЕСТВО ПРИНЯТЫХ ЭЛЕКТРОНОВ