ГОУ ВПО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Новокузнецкий филиал

кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин

ЕНД

Химия

Лабораторная работа № 3

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Новокузнецк

2010

1. Введение

Окислительно-восстановительными называются химические реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов. Окислением называется процесс повышения, а восстановлением − понижения степени окисления. Атом, молекула или ион, в которых степень окисления элемента повышается, называется восстановителем, а в которых понижается − окислителем.

Согласно электронной теории, изменение степеней окисления в окислительно-восстановительных реакциях обусловлено отдачей электронов восстановителем и присоединением их окислителем.

Окислителями являются простые вещества-неметаллы (галогены, кислород, сера), а также молекулы или ионы, в которых центральный атом имеет высшую степень окисления (МпО₄^–, Cr₂O₇^2– NO₃^–, ClO₄^– и др.), катионы малоактивных металлов и водорода (Н⁺).

Восстановителями являются простые вещества-металлы, некоторые неметаллы (водород, углерод, кремний), а также ионы и молекулы, в которых имеется атом в низшей степени окисления (H₂S, NH₃, Сl^–, Вr^–, I^– и др.). Вещества, содержащие атомы в промежуточной степени окисления, могут быть как окислителями, так и восстановителями в зависимости от «партнёра» и условий протекания реакции. О таких веществах говорят, что они обладают окислительно-восстановительной двойственностью; к ним относятся нитриты, сульфиты, МnО₂ и др.

Окислительно-восстановительные реакции обычно делят на четыре группы:

1) Реакции межмолекулярного окисления-восстановления; это реакции, в которых окислитель и восстановитель являются разными веществами, например:

NaNO₂+K₂Cr₂O₇+H₂SO₄ → NaNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ +H₂O

2) Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления; это реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов разных элементов, входящих в состав одного и того же вещества:

KClO₃→ KCl + O₂

3) Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления); это реакции, в которых происходит увеличение и уменьшение степени окисления одного и того же элемента:

KClO₃→ KClO₄ + KCl

4) Реакции контрдиспропорционирования; это реакции, в которых участвуют два вещества с атомами одного и того же элемента в разных степенях окисления:

Н₂S + SO₂ → S + Н₂O

Нахождение стехиометрических коэффициентов в реакциях окисления-восстановле­ния проводят двумя методами:

Метод электронного баланса

В методе электронного баланса сущность окислительно-восстановительных процессов выражают электронными схемами. Например, для реакции:

NaNO₂ + КМnО₄ + H₂SO₄ → NaNO₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + Н₂О

электронные схемы имеют вид:

N⁺³ – 2e⁻ → N⁺⁵ 5

Mn⁺⁷ + 5e⁻ → Mn⁺² 2

Цифры 5 и 2 − множители, которые являются коэффициентами при формулах восстановителя/его окисленной формы (нитрита/нитрата натрия) и окислителя/его восстановленной формы (перманганата калия/сульфата марганца (II)). Подставив их в левую/правую части схемы уравнения, получим уравнение химической реакции:

5NaNO₂ + 2КМпО₄ + 3H₂SO₄ = 5NaNO₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O