1. Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом.
Пример: ; ; ; .
2. Восстановление –процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.
Пример: ; ; .
3. Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются.
Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются. Так как атомы, молекулы и ионы входят в состав определенных веществ, то и эти вещества, соответственно, называются восстановителямиилиокислителями (табл. 10.1).
4. Окисление всегда сопровождается восстановлением, и наоборот, восстановление всегда связано с окислением,что можно выразить уравнениями:
Восстановитель | — | ↔ | Окислитель | |
Окислитель | + | ↔ | Восстановитель |
Причем число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.
Таблица 10.1 – Важнейшие восстановители и окислители
Восстановители | Окислители |
Атомы металлов (s-, d-, f- элементы), водород, углерод | Атомы р-элементов, имеющие на внешнем энергетическом уровне от 7 до 4 электронов. Самые сильные окислители – атомы галогенов и кислород, самые слабые – атомы IVА – группы |
Отрицательно заряженные ионы неметаллов ( , , и др.) | Ионы металлов в высокой степени окисления ( и др.) |
Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы в состоянии промежуточных степеней окисления , , , , и др. | Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла и неметалла в состоянии высокой степени окисления ( , , , , , и ее соли, , и др.) |
Электрический ток на катоде | Озон (О3), пероксид водорода Н2О2 (может быть и восстановителем), персульфат аммония , царская водка, смесь концентрированных кислот: азотной и плавиковой и др. |
Электрический ток на аноде |
Основные типы реакций ОВР
Различают три типа окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции самоокисления- самовосстановления (диспропорционирования).
Межмолекулярные окислительно-восстановительных реакции – это реакции, в которых ион-окислитель и ион-восстановитель находятся в разных веществах, например:
4
3
1
3
Или в ионной форме:
1
6
Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции имеют место там, где ион-окислитель и ион-восстановитель находятся в молекуле одного вещества, например:
2
3
2
1
1
1
В реакциях самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) молекулы одного и того же вещества реагируют друг с другом и как окислитель, и как восстановитель:
1
2
или в ионно-электронной форме
1
2
Существуют два метода составления окислительно-восстановительных реакций: метод электронного баланса и ионно-электронный или полуреакций.
1.Метод электронного баланса, в основе которого лежит правило: общее число электронов, которые отдает восстановитель, всегда равно общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.
Составление уравнений ОВР методом электронного баланса.
а) Составить схему реакции – написать формулы исходных и полученных веществ, а также веществ, образующих соответствующую среду.
б) Определить их степени окисления.
Например, для реакции перманганата калия с сероводородом в сернокислой среде:
.
Из схемы видно, что изменились степени окисления марганца от +7 до +2 и серы от –2 до 0.
в) Составить вспомогательную электронную схему для нахождения коэффициентов у восстановителя и окислителя:
|
5
Здесь за вертикальной чертой 10 – наименьшее общее кратное, т. е. общее число электронов, участвующих в ОВР, а 2 – количество атомов марганца, принимающее десять электронов от пяти атомов серы.
Получим:
↓.
в) Коэффициенты веществ, обусловливающих характер среды (кислота, щелочь или вода), подбираются в последнюю очередь. Число молекул серной кислоты, участвующих в реакции, определяем по кислотным остаткам в правой части уравнения. Их три, следовательно, необходимо взять три молекулы H2SO4 в левой части уравнения.
.
Если коэффициенты подобраны правильно, то число атомов каждого элемента в обеих частях уравнения равны.
2. Ионно-электронный метод основан на составлении уравнений полуреакций восстановления иона (молекулы)-окислителя и окисления иона (молекулы)-восстановителя и последующем суммировании этих полуреакций.
При этом следует учитывать количество атомов кислорода в исходных веществах и в продуктах реакции:
а) если исходный ион (молекула) содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами водорода с образованием молекул воды; в нейтральной и щелочной среде кислород реагирует с молекулами воды с образованием гидроксид-ионов (табл. 10.2);
б) если исходный ион (молекула) содержит меньшее число атомов кислорода, чем образующееся соединение, то недостаток их атомов компенсируется в кислых и нейтральных растворах за счет молекул воды; в щелочных растворах – за счет гидроксид-ионов (табл. 10.2).
Количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения должно быть одинаково.
Таблица 10.2 – Баланс атомов кислорода в ОВР, протекающих в различных средах
Число атомов О в исходных веществах | Среда | ||
кислая | нейтральная | щелочная | |
избыток | |||
недостаток |
Аппаратура и материалы:
Штатив с пробирками; стеклянные пипетки, фильтровальная бумага, наждачная бумага, железные гвозди, дистиллированная вода.
Жидкие реактивы: CuSO4, I2, свежеприготовленные 0.5 н. растворы Na2SO3, KMnO4, H2SO4, NaOH, KNO2, FeCl3 или Fe2(SO4)3, KI, раствор крахмала.
Методика и выполнение работы: