Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Большинство реакций являются окислительно-восстановительными реакциями (ОВ-реакциями). Они широко встречаются в природе, технике, быту, имеют большое биологическое значение. Фотосинтез, дыхание, гниение - все это ОВ-реакции. Много ОВ-реакций протекает в живых организмах.

В основе современных представлений об ОВ-реакциях лежат электронные представления, которые были предложены русским ученым Писаржевским в 1913г.

ОВ-реакции - это такие реакции, которые протекают с переходом электронов от одних частиц (восстановителя) к другим (окислителю), например, при вытеснении цинком меди из раствора сульфата меди (II).

CuSO₄ + Zn > Сu + ZnSO₄

При этом два электрона от атома цинка переходят к ионам меди, поэтому данная реакция будет ОВ-реакцией.

Можно дать и другое определение: ОВ-реакция - это реакция, протекающая с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ.

Например, . В этой реакции изменяют степени окисления атомы цинка и меди, поэтому она будет ОВ-реакцией.

При протекании ОВ-реакции происходит процесс окисления и процесс восстановления.

Окисление - это процесс отдачи электронов частицей (молекулой, атомом, ионом). Частица, отдавая электроны, окисляется, а сама является восстановителем по отношению к другой частице.

Zn 2e Zn²⁺ - процесс окисления, а цинк будет восстановителем.

При окислении степень окисления атома повышается (цинк повышает степень окисления от нуля до +2, то есть переходит из менее окисленного состояния Zn^o в более окисленное состояние Zn²⁺).

Восстановление - это процесс присоединения электронов частицей. Частица, присоединяя электроны, восстанавливается, а сама является окислителем по отношению к другой частице.

Cu²⁺ + 2e Cu - процесс восстановления, а ион Cu²⁺ будет окислителем. При восстановлении степень окисления атома уменьшается (медь понижает степень окисления с +2 до нуля).

Окисление и восстановление - это два неразрывно связанных процесса, то есть единый процесс в ОВ- реакции. Один без другого протекать не могут, то есть в ОВ - реакции одновременно с процессом окисления происходит и процесс восстановления. При этом сколько электронов отдает восстановитель при окислении, столько же электронов принимает окислитель при восстановлении и, таким образом, во всей ОВ-реакции не может быть ни лишних, ни недостающих электронов. Так в реакции одновременно с процессом окисления Zn, отдающего электроны, происходит процесс восстановления ионов Cu²⁺, принимающего два электрона. Таким образом, окисление и восстановление - это два сопряженных процесса в ОВ-реакции, а окислитель и восстановитель (Cu²⁺ и Zn^о) составляют сопряженную пару в вышеприведенной ОВ-реакции.

Окислительно-восстановительные свойства элементов зависят от строения атома данного элемента и определяются положением элемента в ПСЭ. В периоде слева направо () восстановительные свойства элементов уменьшаются, а окислительные свойства увеличиваются. В главных подгруппах сверху вниз восстановительные свойства элементов увеличиваются. Поэтому чем правее и выше находится элемент в ПСЭ, тем будет проявлять более сильные окислительные свойства. Самыми сильными окислителями поэтому являются галогены (кроме иода) и кислород. И наоборот, чем левее и ниже находится элемент в ПСЭ, тем сильнее проявляет восстановительные свойства. Поэтому самыми сильными восстановителями являются щелочные (Na, K, Cs и др.) и щелочноземельные (Ca, Sr, Ba) металлы. окислительный восстановительный реакция электрон

Окислительно-восстановительные свойства зависят также от степени окисления элемента в веществе:

Если элемент (например, Mn и Cr) находится в высшей степени окисления (например, KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), то он может только понижать степень окисления, то есть только принимать электроны, являясь только окислителем.

Если элемент (например, йод и сера) находится в низшей степени окисления (KI, Na₂S и др.), то может только повышать степень окисления, являясь только восстановителем.

Если элемент может проявлять в соединениях различную степень окисления и при этом в данном соединении имеет промежуточную степень окисления (Na₂SO₃, NaNO₂, MnO₂), то данный элемент может и повышать степень окисления, и понижать, то есть может и окисляться, и восстанавливаться, проявляя окислительно-восстановительную двойственность (то есть может быть и окислителем, и восстановителем). Например, в КNO₂ азот имеет промежуточную степень окисления, равную +3 и может повышать ее до +5 (окисляясь до КNO₃), и понижать до +2 (NO), то есть КNO₂ может быть и окислителем, и восстановителем.

Вначале подбирают исходные реагирующие вещества, среди которых должен быть окислитель и восстановитель (А + В). Затем записывают продукты реакции (Д + Е), в которые превращаются исходные вещества. В результате получили схему ОВ-реакции: А + В Д + Е.

Затем расставляются коэффициенты в уравнении ОВ-реакции. Для составления уравнений ОВ-реакций используются два метода:

Метод электронного баланса;

Ионно-электронный метод или метод полуреакций.

Разберем оба метода в отдельности.

Дана молекулярная схема реакции:

Mn + AgNO₃ Mn(NO₃)₂ + Ag

Необходимо расставить коэффициенты.

Определяем степень окисления всех элементов во всех исходных и образующихся веществах и отмечаем (то есть пишем) степени окисления только тех элементов, у которых степень окисления изменилась (то есть у серебра и марганца):

Mn^о + Ag⁺¹NO₃ Mn⁺²(NO₃)₂ + Ag^о

Определяем окислитель и восстановитель. Марганец повышает степень окисления от нуля до +2, то есть отдал два электрона, поэтому окисляется, являясь восстановителем. Серебро понижает степень окисления от +1 до нуля, поэтому восстанавливается, принимая один электрон, являясь окислителем.

Составляем схему перемещения электронов от восстановителя к окислителю, то есть составляем уравнения процессов окисления и восстановления:

Так как должен быть электронный баланс во всей ОВ-реакции (то есть сколько электронов отдает восстановитель, то столько же электронов должен принять окислитель), то на один атом марганца Mn^o требуется два иона серебра Ag⁺, то есть получаем:

Mn^o + 2Ag⁺ - 2e + 2e Mn⁺² + 2Ag^o

В самом деле, один атом марганца отдает два электрона, а два иона Ag⁺ присоединят эти два электрона. Таким образом, будет электронный баланс во всей ОВ-реакции и не будет ни лишних электронов, ни недостающих электронов.

В итоге получаем уравнение ОВ-реакции (вместе с коэффициентами):

Mn + 2AgNO₃ Mn(NO₃)₂ + 2Ag

Метод полуреакций

Этот метод, как и метод электронного баланса, основывается на том положении, что число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединенных окислителем. Только метод электронного баланса рассматривает отдельные атомы элементов (Mn⁺⁷, Ag⁺, Cr⁺⁶, N^-3), а метод полуреакций рассматривает частицы (ионы, молекулы), которые реально есть в растворе, в котором протекает ОВ-реакция.

Рассмотрим ОВ-реакцию, протекающую в кислой среде (среду создает H₂SO₄):

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

это молекулярная схема реакции

Определяем степени окисления элементов, которые изменяют степени окисления (то есть марганца и азота), а затем определяем окислитель и восстановитель.

KMn⁺⁷O₄ + KN⁺³O₂ + H₂SO₄ Mn⁺²SO₄ + KN⁺⁵O₃ + K₂SO₄ + окислитель восст-ль +К₂SO₄ + H₂O

Далее записываем ионную схему реакции: сильные и хорошо растворимые электролиты записываем в виде ионов; слабые электролиты, неэлектролиты, газы и осадки записываем в виде молекул:

K⁺ + MnO₄+ K⁺ + NO₂ + H⁺ + SO₄^2- Mn²⁺ + SO₄^2- + K⁺ + NO₃ +

K⁺ + SO₄^2- + H₂O

Затем составляем полуреакции окисления и восстановления, то есть процессы окисления и восстановления.

Н₂О и ионы Н⁺ есть слева и справа, поэтому сокращаем:

2MnO₄ + 6H⁺ + 5NO₂ 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5NO₃

Уравнение ОВ-реакции в молекулярной форме:

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ 2MnSO₄ + 5KNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

Размещено на Allbest.ru