Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы. №11

Степень окисления. Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степень окисления. Под степенью окисления (С.О.) понимается воображаемый заряд атомов в соединениях, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Определение степени окисления проводят, используя следующие правила:

1. Степень окисления элемента в простом веществе, например, металле, Н₂, О₂ равна нулю.

2. Степень окисления элемента в виде одноатомного иона в соединении, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона, например, Na⁺¹I^-1, Mg⁺²Cl₂^-1, Al⁺³F3^-1.

3. В соединениях с ковалентными полярными связями отрицательный заряд относят к более электроотрицательному элементу.

4. Алгебраическая сумма С.О. элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.

Окислительно – восстановительные реакции. Любая окислительно- восстановительная реакция состоит из процесса окисления и восстановления.

Окисление –это отдача электронов в процессе реакции.

Например, Zn⁰ - 2e → Zn²⁺, т.е. С.О. цинка повышается от 0 до +2.

Вещества, отдающие электроны в процессе реакции, называют восстановителями. В результате реакции С.О. восстановителя возрастает, т.е. из восстановленной формы превращается в окисленную. К типичным восстановителям относятся металлы, водород, углерод.

Восстановление-это присоединение электронов в процессе реакции.

Например, Cu²⁺ + 2e → Cu⁰.

В данной реакции окислитель – ион Cu²⁺. В результате реакции степень окисления понижается, вещество из окисленной формы превращается в восстановленную. К типичным окислителям относятся простые вещества, атомы которых характеризуются высокой электроотрицательностью, например, галогены и кислород. В ходе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдает свои электроны окислителю.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Составим уравнение реакции окисления сульфата железа (II) перманганатом калия в кислой среде. Так как, реакция протекает в кислой среде, то в левой части уравнения кроме окислителя и восстановителя должна быть кислота. Продуктами реакции являются сульфат марганца (II), калия,

железа (III), и вода.

1. Запишем схему реакции без коэффициентов

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₂ + K₂SO₄ + H₂O

Определим С.О. элементов.

K^-1 Mn⁺⁷ O₄^-2 + Fe⁺²S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺¹S⁺⁶ О₄^-2 → Mn ⁺²S⁺⁶O₄^-2 + Fe₂⁺² (S⁺⁶O₄^_2)₂ + K₂SO₄ + H₂O

Как видно, С.О. меняется только у марганца и у железа, у первого она понижается (восстановление), у второго – у второго повышается (окисление).

2.Определим число электронов, отдаваемых восстановителем FeSO₄ и принимаемых окислителем KMnO₄:

K Mn⁺⁷ O₄ + 2 Fe⁺²SO₄ → Mn⁺²SO₄+ Fe₂⁺³ (SO₄)₃

Как видно, Mn⁺⁷ принимает пять, а два иона Fe⁺² отдают 2 электрона. Кратное число отдаваемых и принимаемых электронов равно 10. Отсюда легко найти коэффициенты перед окислителем и восстановителем в уравнении реакции

2K Mn⁺⁷ O₄ + 10Fe⁺²SO₄ → 2Mn⁺²SO₄+ 5Fe₂⁺³ (SO₄)₃

3.Подведем баланс всех атомов в левой и правой частях уравнения и определим коэффициенты при всех веществах.

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ →2 MnSO₄ +5 Fe₂(SO₄)₂ + K₂SO₄ +8 H₂O