Окислительно-восстановительные реакции в школьном курсе химии Березкин П.Н. Красноткацкая СОШ 2008 г.

Понятие окислительно- восстановительных реакций Химические реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными

Окисление - процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Атом превращается в положительно заряженный ион: Zn 0 – 2e Zn 2+ отрицательно заряженный ион становится нейтральным атомом: 2Cl - -2e Cl 2 0 S 2- -2e S 0 Величина положительно заряженного иона (атома) увеличивается соответственно числу отданных электронов: Fe 2+ -1e Fe 3+ Mn +2 -2e Mn +4

Восстановление - процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Атом превращается в отрицательно заряженный ион S 0 + 2e S 2 Br 0 + e Br Величина положительно заряженного иона (атома) уменьшается соответственно числу присоединенных электронов: Mn e Mn +2 S e S +4 или он может перейти в нейтральный атом: Н + + е Н 0 Cu e Cu 0

Восстановители - атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны. Они в процессе ОВР окисляются Типичные восстановители: атомы металлов с большими атомными радиусами (I-А, II-А группы), а так же Fe, Al, Zn простые вещества-неметаллы: водород, углерод, бор; отрицательно заряженные ионы: Cl, Br, I, S 2, N 3. Не являются восстановителем фторид- ионы F. ионы металлов в низшей с.о.: Fe 2+,Cu +,Mn 2+,Cr 3+ ; сложные ионы и молекулы, содержащие атомы с промежуточной с.о.: SO 3 2, NO 2 ; СО, MnO 2 и др.

Окислители - атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны. Они в процессе ОВР восстанавливаются Типичные окислители: атомы неметаллов VII-А, VI-А, V-A группы в составе простых веществ ионы металлов в высшей с.о.: Cu 2+, Fe 3+,Ag + … сложные ионы и молекулы, содержащие атомы с высшей и высокой с.о.: SO 4 2, NO 3, MnO 4, СlО 3, Cr 2 O 7 2-, SO 3, MnO 2 и др.

Определение степеней окисления атомов химических элементов С.о. атомов х\э в составе простого в-ва = 0 Алгебраическая сумма с.о. всех элементов в составе иона равна заряду иона Алгебраическая сумма с.о. всех элементов в составе сложного вещества равна 0. KMnO 4 K +1 MnO 4 -2 K +1 Mn +7 O

Классификация окислительно- восстановительных реакций Реакции межмолекулярного окисления 2Al 0 + 3Cl 2 0 2Al +3 Cl 3 -1 Реакции внутримолекулярного окисления 2KCl +5 O KCl -1 + O 2 0 Реакции диспропорционирования, дисмутации (самоокисления-самовосстановления): 6Cl KOH (гор.) 2KCl +5 O 3 +10KCl -1 +6H 2 O 2N +4 O 2 + H 2 O HN +3 O 2 + HN +5 O 3

Это полезно знать Степени окисления элементов в составе аниона соли такие же, как и в кислоте, например: (NH 4 ) 2 Cr 2 +6 O 7 и H 2 Cr 2 +6 O 7 Степень окисления кислорода в пероксидах равна -1 Степень окисления серы в некоторых сульфидах равна -1, например: FeS 2 Фтор- единственный неметалл, не имеющий в соединениях положительной степени окисления В соединениях NH 3, CH 4 и др. знак электроположительного элемента водорода на втором месте

Окислительные свойства концентрированной серной кислоты Продукты восстановления серы: H 2 SO 4 + оч.акт. металл (Mg, Li, Na…) H 2 S H 2 SO 4 + акт. металл (Mn, Fe, Zn…) S H 2 SO 4 + неакт. металл (Cu, Ag, Sb…) SO 2 H 2 SO 4 + HBr SO 2 H 2 SO 4 + неметаллы (C, P, S…) SO 2 Примечание: часто возможно образование смеси этих продуктов в различных пропорциях

Продукты восстановления перманганат – иона в различных средах СредаПродуктПризнак реакции кислаяMn 2+ (соль) бесцветный раствор щелочнаяMnO 4 2- (манганат-ион) фиолетовый раствор нейтральнаяMnO 2 бурый осадок

Пероксид водорода в окислительно- восстановительных реакциях Среда раствора Окисление (Н 2 О 2 -восстановитель) Восстановление (Н 2 О 2 -окислитель) кислая Н 2 О 2 -2еО 2 + 2Н + (О – 2еО 2 0 ) Н 2 О 2 +2Н + +2е2Н 2 О (О е2О - 2 ) щелочная Н 2 О 2 +2ОН -О 2 +2Н 2 О (О – 2еО 2 0 ) Н 2 О 2 +2е2ОН - (О е2О - 2 ) нейтральная Н 2 О 2 - 2еО 2 + 2Н + (О – 2еО 2 0 ) Н 2 О 2 +2е2ОН - (О е2О - 2 )

Азотная кислота в окислительно- восстановительных реакциях Продукты восстановления азота: Концентрированная HNO 3 : N +5 +1e N +4 (NO 2 ) (Ni, Cu, Ag, Hg; C, S, P, As, Se); пассивирует CFe, Al, Cr Разбавленная HNO 3 : N +5 +3e N +2 (NO) (Металлы в РНМ Al …Cu; неметаллы S, P, As, Se) Разбавленная HNO 3 : N +5 +4e N +1 (N 2 O) Ca, Mg, Zn Разбавленная HNO 3 : N +5 +5e N 0 (N 2 ) Очень разбавленная: N e N -3 (NH 4 NO 3 ) (активные металлы в РНМ до Al)

Определение направления возможных окислительно-восстановительных реакций Окислительно-восстановительный потенциал φ- количественная характеристика окислительно- восстановительной пары Алгоритм действия: По таблице потенциалов определить потенциалы окислителя и восстановителя Найти их алгебраическую сумму Если Σ >0, то процесс возможен Если Σ

Пример 1. Возможен ли процесс: Cu + FeCl 3? + ? Выписать из справочника все варианты: Cu – 2e Cu +2 φ = -0,34 B (1) Cu – 1e Cu +1 φ = -0,52 B (2) Fe e Fe 2+ φ = +0,77 B (3) Fe e Fe 0 φ = +0,33 B (4) Идет тот процесс, где алгебраическая сумма потенциалов наибольшая и >0. Этому условию удовлетворяют варианты 1 и 3: Cu + 2FeCl 3 СuCl 2 + 2FeCl 2

Пример 2. Возможно ли окислить хлорид- и иодид-ионы: а) дихроматом калия б) перманганатом калия Выписать из справочника все потенциалы: 2Cl - -2e Cl 2 0 φ = -1,36 B (1) 2Br - -2e Br 2 0 φ = -0,54 B (2) MnO H + +5e Mn 2+ +4H 2 O φ = +1,52 B (3) MnO H 2 O +3e MnO 2 +4OH - φ = +0,57 B (4) MnO e MnO 4 2- φ = +0,54 B (5) Cr 2 O H + +6e 2Cr 3+ +7H 2 O φ = +1,36 B (6) Анализ и выводы: K 2 Cr 2 O 7 окисляет только бромид-ионы KMnO 4 в кислой среде окисляет хлорид- и бромид-ионы KMnO 4 в нейтральной среде окисляет только бромид-ионы KMnO 4 в щелочной среде эти ионы окислить не может