6.2. Окислительно-восстановительные реакции

Реакции, в результате которых происходит переход электронов от одних атомов к другим и, как следствие, изменение степеней окисления атомов элементов, называют окислительно-восстановительными.

Процесс потери частицей электронов называется окислением, а процесс присоединения электронов – восстановлением.

Окислитель – в ходе реакции присоединяет электроны, понижая свою степень окисления.

Восстановитель – отдает электроны, его степень окисления повышается.

Соединения, в состав которых входят атомы элементов в своей высшей степени окисления (высшая степень окисления, как правило, равна номеру

группы) в окислительно-восстановительных реакциях могут выступать только в

_{+7 +5 +6 +6}

качестве окислителей. Например, KMnO₄, NaNO₃, K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄ и др.

Соединения, содержащие атомы элементов в их низшей степени окисления (низшая степень окисления неметаллов равна №_ГРУППЫ – 8, у металлов

низшая степень окисления – 0), могут выступать в рассматриваемых процессах

_{–2 –3 0 0}

только в качестве восстановителей. Например, Na₂S, NH₃, Zn, Al.

Соединения, содержащие атомы элементов в промежуточной степени окисления способны проявлять как окислительные свойства (при взаимодействии

с более сильными восстановителями), так и восстановительные (при

_{+3 +4}

взаимодействии с более сильными окислителями). Например, NaNO₂, K₂SO₃,

_{+4 0}

MnO₂, Cl₂ и др.

6.3. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Существует несколько способов составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Для вывода коэффициентов при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций необходимо соблюдение:

• материального баланса (число атомов элементов в левой и правой частях должно быть одинаково);

• электронного баланса: число электронов, отданных восстановителем (Red), должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (Ox).

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах используют метод ионно-электронного баланса.

При составлении окислительно-восстановительных реакций в водных растворах часто возникает необходимость учитывать среду (Н⁺, ОН^– , Н₂О).

Правила составления полуреакций в разных средах

• В кислой среде недостаток n атомов кислорода уравнивают n Н₂О, в противоположной части атомы водорода уравнивают 2n Н⁺.

• В щелочной среде недостаток n кислорода уравнивают 2n ОН^–, в противоположной части n Н₂О.

• В нейтральной среде в левой части n Н₂О (n разница атомов кислорода в левой и правой частях), справа 2n Н⁺ (если атомы кислорода уравнялись), или 2n ОН^– (если атомы кислорода не уравнялись).

Следует помнить, что правила носят рекомендательный характер.

Овр в кислой среде

КIO₃ + Na₂SO₃ + Н₂SO₄ ® I₂, SO₄^2– .

1. Рассчитывают степени окисления тех атомов элементов, которые ее изменяют, определяют окислитель, восстановитель и среду:

_{+5 +4 0 +6}

КIO₃ + Na₂SO₃ + Н₂SO₄ ® I₂, SO₄^2– .

Ox Red среда

2. Составляют ионную схему реакции:

К⁺ + IO₃^– + 2 Na⁺ +SO₃^2– + 2 Н⁺ + SO₄^2– ® I₂, SO₄^2– .

3. Разбивают реакцию на две полуреакции:

IO₃^– ® I₂

SO₃^2– ® SO₄^2–.

4. Уравнивают количество атомов элементов, изменяющих степень окисления:

2 IO₃^– ® I₂

SO₃^2– ® SO₄^2–

5. При необходимости уравнивают количество кислорода и водорода:

2 IO₃^– + 12Н ⁺ ® I₂ + 6Н₂О

SO₃^2– + Н₂О ® SO₄^2– + 2Н ⁺

6. По изменению степени окисления подсчитывают количество отданных или принятых электронов:

2 IO₃^– + 12Н ⁺ + 10ē ® I₂ + 6Н₂О

SO₃^2– + Н₂О - 2ē ® SO₄^2– + 2Н ⁺.

7. Исходя из того, что количество отданных и принятых электронов должно быть равно, выводят коэффициенты, при необходимости сокращают их:

2 IO₃^– + 12Н ⁺ + 10ē ® I₂ + 6Н₂О 2 1

SO₃^2– + Н₂О - 2ē ® SO₄^2– + 2Н ⁺ 10 5

8. Составляют суммарное ионное уравнение реакции: складывают левые и правые части обеих полуреакций, предварительно умножив каждую частицу на коэффициенты:

2 IO₃^– + 12Н ⁺ + 10ē ® I₂ + 6Н₂О 2 1

SO₃^2– + Н₂О - 2ē ® SO₄^2– + 2Н ⁺ 10 5

2 IO₃^– + 12Н ⁺ + 5SO₃^2– + 5Н₂О ® I₂ + 6Н₂О + 5SO₄^2– + 10Н ⁺.

9. При необходимости приводят подобные – сокращают одинаковые частицы в левой и правой частях уравнения.

2 IO₃^– + 12Н ⁺ + 5SO₃^2– + 5Н₂О ® I₂ + 6Н₂О + 5SO₄^2– + 10Н ⁺

2 IO₃^– + 2Н ⁺ + 5SO₃^2– ® I₂ + Н₂О + 5SO₄^2–.

10. Приводят к балансу противоионы:

2 IO₃^– + 2Н ⁺ + 5SO₃^2– ® I₂ + Н₂О + 5SO₄^2–

2K⁺ SO₄^2– 10Na⁺ 10Na⁺ 2K⁺ SO₄^2- .

11. Составляют суммарное молекулярное уравнение реакции, расставляют коэффициенты:

2КIO₃ + 5Na₂SO₃ + Н₂SO₄ ® I₂ + H₂O + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄.

12. Проверка правильности расстановки коэффициентов по кислороду:

2 · 3 +5 · 3 + 4 = 1 + 5 · 4+ 4

25 25