8. Окислительно-восстановительные реакции. Понятие окисления, восстановления, окислитель, восстановитель.

Все химические реакции можно разделить на два типа.

– к пер­вому типу относятся реакции, которые идут без изменения сте­пени окисления атомов реагирующих веществ -ко второму типу относятся реакции, которые идут с изме­нением степени окисления атомов реагирующих веществ.

Реакции, при которых изменяются степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

Окислительно-восстановительная реакция — это единый процесс, состоящий из двух разных полуреакций: полуреакции окисления и полуреакции восстановления, которые идут одно­временно.

Окисление - это процесс потери электронов атомом, моле­кулой или ионом.

Восстановление — это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Окислителемназывается вещество, атомы, молекулы или ионы которого присоединяют электроны:

Окислитель восстанавливается в процессе восстановления. Восстановителемназывается вещество, атомы, молекулы или ионы которого отдают электроны:

при окислении степень окисления (окислительное число) атома изменяется в положительную сторону, а при восстановлении — в отрица­тельную.

Cте­пень окисления – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что данный атом связан с другими ионной связью.

8. Типы окислительно-востановительных реакций. Типичные окислители и восстановители. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций (метод электронного баланса, метод полуреакций).

Типы ОВР

Различают четыре типа окислительно-восстановительных ре­акций: межмолекулярные, внутримолекулярные, реакции диспропорционирования и конпропорционирования.

1. Межмолекулярные ОВР - это реакции, которые идут с из­менением степени окисления атомов в молекулах разных веществ:

2. Внутримолекулярные ОВР - это реакции, которые идут с изменением степени окисления разных атомов в одной моле­куле. При этом атом элемента с более высокой степенью окис­ления является окислителем и окисляет атом элемента с мень­шей степенью окисления.

3.Реакции диспропорционирования (дисмутации) - это реак­ции, которые идут с изменением степени окисления одинаковых атомов в молекуле (или молекулах) одного и того же вещества

4.Реакции конпропорционирования (конмутации) — это реакции, обратные реакциям диспропорционирования. В ре­зультате этих реакций атомы одного элемента, находящиеся в разных степенях окисления, переходят к общей степени окисления, промежуточ­ной между исходными степенями. ТИПИЧНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ И ВОССТАНОВИТЕЛИ

В качестве окислителей могут выступать простые и сложные вещества, содержащие атомы, которые на­ходятся не в низшей из возможных для них степеней окисле­ния, а поэтому могут понижать свою степень окисления.

В качестве типичных окислителей могут выступать:

1) простые вещества, образуемые атомами с большой элек­троотрицательностью, т. е. типичные неметаллы, расположен­ные, прежде всего, в главных подгруппах шестой и седьмой групп периодической системы;

2) вещества, содержащие элементы в высших и промежу­точных положительных степенях окисления, в том числе в виде ионов, как простых, элементарных (Fе³⁺), так и кислородсо­держащих, оксоанионов (перманганат-ион);

3) перекисные соединения (пероксиды, супероксиды и т. д.);

4) Кислородсодержащие анионы, содержащие атом неметалла в высшей положительной степени окисления (SO₄ (степень окисления серы +6), NO₃ (степень окисления азота +5)

Конкретными веществами, применяемыми на практике в качестве окислителей, являются, например, кислород и озон, хлор, бром, пероксид водорода и пероксиды металлов, хроматы, дихроматы и перманганаты, кислородные кислоты хлора и их соли, азотная кислота, концентрированная серная кислота, ди­оксид марганца.

В качестве восстановителей могут выступать простые или сложные вещества, содержащие атомы, которые находятся не в высшей из возможных для них степени окисле­ния, а потому могут повышать свою степень окисления.

В качестве типичных восстановителей могут выступать:

1) простые вещества, атомы которых имеют низкую электроотрицательность («активные» металлы);

2) катионы металлов в низших степенях окисления (Fе²⁺);

3) простые, элементарные анионы, например сульфид-ион;

4) кислородсодержащие анионы (оксоанионы), соответст­вующие низшим положительным степеням окисления элемента (нитрит, сульфит);

5) катод электролизной ячейки.

Вещества, применяемыми на практике в качестве восстановителей, являются, щелочные и щелочноземельные металлы, сульфиды, сульфиты, галогеноводороды (кроме НF), соли двухвалентного железа, органические вещества - формальдегид, глюкоза, щавелевая кислота, а так­же водород, углерод, монооксид углерода и алюминий при вы­соких температурах.

Составление уравнений ОВР методом электронного баланса.

При составлении уравнений ОВР нужно учесть, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электро­нов, принятых окислителем. При написании уравнений ОВР используют два метода расстановки коэффициентов: метод электронного баланса и метод полуреакций.

Метод электронного баланса (окислительных чисел) рас­смотрим на примере реакции

Для расстановки коэффициентов выполняем следующие действия.

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

2. Находим окислитель и восстановитель в данной ОВР и пишем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

3. Уравниваем число электронов в процессе окисления и восстановления (электронный баланс):

4. Коэффициенты 5 и 2 из электронных уравнений перено­сим в молекулярное уравнение ОВР:

5. Окончательно уравниваем число атомов каждого элемента в обеих частях молекулярного уравнения:

Метод полуреакции

Mетод полуреакций (ионно-молекулярный метод) основан на составлении уравнений процессов окисления и восстановле­ния с помощью ионов и молекул, реально существующих в рас­творе. Сильные электролиты записывают в виде ионов, а сла­бые электролиты, газы и малорастворимые вещества - в виде молекул. Степень окисления атомов не используют, а учитыва­ют заряды реальных ионов и характер среды, в которой идет процесс окисления или восстановления. Алгебраическую сумму зарядов в левой и правой частях полуреакций (процессов окис­ления и восстановления) уравнивают с помощью определенного числа электронов, которые участвуют в процессе. После записи полуреакций окисления и восстановления уравнивают число электронов, отданных восстановителем и принятых окислите­лем с помощью дополнительных коэффициентов (как в методе электронного баланса). С учетом этих коэффициентов записы­вают сокращенное ионно-молекулярное уравнение, а затем и молекулярное уравнение ОВР.

Используем метод полуреакций для той же реакции:

Теперь уравниваем число электронов в полуреакциях окисле­ния и восстановления и получаем» сокращенное ионно молекулярное уравнение ОВР:

Записываем молекулярное уравнение ОВР: