Какие вещества могут проявлять только восстановительные свойства
Окислительно-восстановительные свойства отдельных атомов, а также ионов являются важным вопросом современной химии. Данный материал помогает объяснять активность элементов и веществ, проводить детальное сравнение химических свойств у разных атомов.
Что такое окислитель
Многие задачи по химии, включая тестовые вопросы единого государственного экзамена в 11 классе, и ОГЭ в 9 классе, связаны с данным понятием. Окислителем считают атомы либо ионы, которые в процессе химического взаимодействия принимают электроны от другого иона либо атома. Если анализировать окислительные свойства атомов, нужна периодическая система Менделеева. В периодах, располагающихся в таблице слева направо, окислительная способность атомов возрастает, то есть меняется аналогично неметаллическим свойствам. В основных подгруппах подобный параметр уменьшается сверху вниз. Среди самых сильных простых веществ, обладающих окислительной способностью, лидирует фтор. Такой термин, как «электроотрицательность», то есть возможность атома принимать в случае химического взаимодействия электроны, можно считать синонимом окислительных свойств. Среди сложных веществ, которые состоят из двух и больше химических элементов, яркими окислителями можно считать: перманганат калия, хлорат калия, озон.
Что такое восстановитель
Восстановительные свойства атомов характерны для простых веществ, проявляющих металлические свойства. В таблице Менделеева в периодах металлические свойства слева направо ослабевают, а в основных подгруппах (вертикально) они усиливаются. Суть восстановления в отдаче электронов, которые располагаются на внешнем энергетическом уровне. Чем большее количество электронных оболочек (уровней), тем легче отдать во время химического взаимодействия «лишние» электроны.
Отличными восстановительными свойствами обладают активные (щелочные, щелочно-земельные) металлы. Кроме того, веществ, проявляющих подобные параметры, выделим оксид серы (6), угарный газ. Для того чтобы приобрести максимальную степень окисления, данные соединения вынуждены проявлять восстановительные свойства.
Процесс окисления
Если во время химического взаимодействия атом либо ион отдает электроны иному атому (иону), идет речь о процессе окисления. Для анализа того, как меняются восстановительные свойства и окислительная способность, потребуется таблица элементов Менделеева, а также знание современных законов физики.
Процесс восстановления
Восстановительные процессы предполагают принятие ионами либо атомами электронов от других атомов (ионов) во время непосредственного химического взаимодействия. Отличными восстановителями являются нитриты, сульфиты щелочных металлов. Восстановительные свойства в системе элементов меняются аналогично металлическим свойствам простых веществ.
Алгоритм разбора ОВР
Для того чтобы в готовой химической реакции учащийся мог расставить коэффициенты, необходимо воспользоваться специальным алгоритмом. Окислительно-восстановительные свойства помогают решать и разнообразные расчетные задачи в аналитической, органической, общей химии. Предлагаем порядок разбора любой реакции:
- Сначала важно определить у каждого имеющегося элемента степень окисления, используя правила.
- Далее определяют те атомы либо ионы, которые поменяли свою степень окисления, будут участвовать в реакции.
- Знаками «минус» и «плюс» указывают число отданных и принятых в ходе химической реакции свободных электронов.
- Далее между числом всех электронов определяется минимальное общее кратное, то есть целое число, которое без остатка делится на принятые и отданные электроны.
- Затем его делят на электроны, участвовавшие в химической реакции.
- Далее определяем, какие именно ионы либо атомы восстановительными свойствами обладают, а также определяют окислители.
- На завершающем этапе ставят коэффициенты в уравнении.
Применяя способ электронного баланса, расставим коэффициенты в данной схеме реакции:
NaMnO4 + сероводород + серная кислота= S + Mn SO4 +…+…
Алгоритм решения поставленной задачи
Выясним, какие именно должны после взаимодействия образоваться вещества. Так как в реакции уже есть окислитель (им будет марганец) и определен восстановитель (им будет сера), образуются вещества, в которых уже не меняются степени окисления. Так как основная реакция протекала между солью и сильной кислородсодержащей кислотой, то одним из конечных веществ станет вода, а вторым – соль натрия, точнее, сульфат натрия.
Составим теперь схему отдачи и принятия электронов:
– Mn+7 берет 5 e= Mn+2.
Вторая часть схемы:
– S-2 отдает2e= S0
Ставим в исходную реакцию коэффициенты, не забывая при этом суммировать все атомы серы в частях уравнения.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 = 5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO4.
Разбор ОВР с участием перекиси водорода
Применяя алгоритм разбора ОВР, можно составить уравнение протекающей реакции:
перекись водорода + серная кислота + пермагнанат калия = Mn SO4 + кислород + …+…
Степени окисления изменили ион кислорода (в перекиси водорода) и катион марганца в перманганате калия. То есть восстановитель, а также окислитель у нас присутствуют.
Определим, что за вещества еще могут получиться после взаимодействия. Одно из них будет водой, что вполне очевидно, представлена реакция между кислотой и солью. Калий не образовал нового вещества, вторым продуктом станет соль калия, а именно сульфат, так как реакция шла с серной кислотой.
Схема:
2O – отдает 2 электрона и превращается в O20 5
Mn+7 принимает 5 электронов и становится ионом Mn+2 2
Поставим коэффициенты.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4 = 5O2 + 2Mn SO4 + 8H2O + K2SO4
Пример разбора ОВР с участием хромата калия
Используя способ электронного баланса, составим уравнение с коэффициентами:
FeCl2 + соляная кислота + хромат калия = FeCl3+ CrCl3 + …+…
Степени окисления поменяли железо (в хлориде железа II) и ион хрома в бихромате калия.
Теперь постараемся выяснить, какие еще вещества образуются. Одно может быть солью. Поскольку калий не образовал никакого соединения, следовательно, вторым продуктом будет соль калия, точнее, хлорид, ведь реакция проходила с соляной кислотой.
Составим схему:
Fe+2 отдает e =Fe+3 6 восстановитель,
2Cr+6 принимает 6 e = 2Cr +3 1 окислитель.
Поставим коэффициенты в начальную реакцию:
6K2Cr2O7 + FeCl2 + 14HCl = 7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
Пример разбора ОВР с участием иодида калия
Вооружившись правилами, составим уравнение:
перманганат калия + серная кислота + иодид калия…сульфат марганца + йод +…+…
Степени окисления изменили марганец и йод. То есть восстановитель и окислитель присутствуют.
Теперь выясним,что в итоге у нас образуется. Соединение будет у калия, то есть получим сульфат калия.
Восстановительные процессы протекают у ионов йода.
Составим схему передачи электронов:
– Mn+7 принимает 5 e = Mn+2 2 является окислителем,
– 2I- отдает2 e = I20 5 является восстановителем.
Расставляем коэффициенты в начальную реакцию, не забываем при этом суммировать все атомы серы в данном уравнении.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O
Пример разбора ОВР с участием сульфита натрия
Используя классический метод, составим для схемы уравнение:
– серная кислота + KMnO4 + сульфит натрия… сульфат натрия + сульфат марганца +…+…
После взаимодействия получим соль натрия, воду.
Составим схему:
– Mn+7 принимает 5 e= Mn+2 2,
– S+4 отдает 2 e = S+6 5.
Расставляем коэффициенты в рассматриваемую реакцию, не забываем складывать атомы серы при расстановке коэффициентов.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2SO3 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O.
Пример разбора ОВР с участием азота
Выполним следующее задание. Пользуясь алгоритмом, составим полное уравнение реакции:
– нитрат марганца +азотная кислота+PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Проанализируем, какое вещество еще образуется. Так как реакция проходила между сильным окислителем и солью, значит, веществом будет вода.
Покажем изменение числа электронов:
– Mn+2 отдает 5 e = Mn+7 2 проявляет свойства восстановителя,
– Pb+4 принимает 2 e = Pb+2 5 окислителем.
3. Расставляем коэффициенты в исходную реакцию, обязательно складываем весь азот, имеющийся в левой части исходного уравнения:
– 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO2 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O.
В данной реакции не проявляются восстановительные свойства азота.
Второй образец окислительно-восстановительной реакции с азотом:
Zn + серная кислота + HNO3= ZnSO4 + NO+…
– Zn0 отдает 2 e = Zn+2 3 будет восстановителем,
N+5принимает 3 e = N+2 2 является окислителем.
Расставляем коэффициенты в заданную реакцию:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 = 3ZnSO4 + 2NO + 4H2O.
Значимость окислительно-восстановительных реакций
Самые известные восстановительные реакции – фотосинтез, характерный для растений. Как изменяются восстановительные свойства? Процесс происходит в биосфере, приводит к повышению энергии с помощью внешнего источника. Именно эту энергию и использует для своих нужд человечество. Среди примеров окислительных и восстановительных реакций, связанных с химическими элементами, особое значение имеют превращения соединений азота, углерода, кислорода. Благодаря фотосинтезу земная атмосфера имеет такой состав, который необходим для развития живых организмов. Благодаря фотосинтезу не увеличивается количество углекислого газа в воздушной оболочке, поверхность Земли не перегревается. Растение не только развивается с помощью окислительно-восстановительной реакции, но и образует такие нужные для человека вещества, как кислород, глюкоза. Без данной химической реакции невозможен полноценный круговорот веществ в природе, а также существование органической жизни.
Практическое применение ОВР
Для того чтобы сохранить поверхность металла, необходимо знать, что восстановительными свойствами обладают активные металлы, поэтому можно покрывать поверхность слоем более активного элемента, замедляя при этом процесс химической коррозии. Благодаря наличию окислительно-восстановительных свойств осуществляется очистка и дезинфекция питьевой воды. Ни одну задачу нельзя решить, не расставив правильно в уравнении коэффициенты. Для того чтобы избежать ошибок, важно иметь представление обо всех окислительно-восстановительных параметрах.
Защита от химической коррозии
Особую проблему для жизни и деятельности человека представляет коррозия. В результате данного химического превращения происходит разрушение металла, теряют свои эксплуатационные характеристики детали автомобиля, станков. Для того чтобы исправить подобную проблему, используется протекторная защита, покрытие металла слоем лака либо краски, применение антикоррозионных сплавов. Например, железная поверхность покрывается слоем активного металла – алюминия.
Заключение
Разнообразные восстановительные реакции происходят и в организме человека, обеспечивают нормальную работу пищеварительной системы. Такие основные процессы жизнедеятельности, как брожение, гниение, дыхание, также связаны с восстановительными свойствами. Обладают подобными возможностями все живые существа на нашей планете. Без реакций с отдачей и принятием электронов невозможна добыча полезных ископаемых, промышленное производство аммиака, щелочей, кислот. В аналитической химии все методы объемного анализа основаны именно на окислительно-восстановительных процессах. Борьба с таким неприятным явлением, как химическая коррозия, также основывается на знании этих процессов.
Источник
Ñîåäèíåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ñòåïåíè îêèñëåíèÿ, êîòîðîé îáëàäàåò äàííûé ýëåìåíò, ìîãóò â îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûõ ðåàêöèÿõ ÿâëÿòüñÿ òîëüêî îêèñëèòåëÿìè, à ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ýëåìåíòà â äàííîì ñëó÷àå áóäåò òîëüêî ïîíèæàòüñÿ. Àòîìû ýëåìåíòîâ îòäàëè ñâîè âàëåíòíûå ýëåêòðîíû è ïîýòîìó ìîãóò òîëüêî ïðèíèìàòü ýëåêòðîíû.
Ìàêñèìàëüíàÿ ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ýëåìåíòà ðàâíà íîìåðó ãðóïïû ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû.
Ñîåäèíåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ñòåïåíè îêèñëåíèÿ ìîãóò áûòü òîëüêî âîññòàíîâèòåëÿìè, à ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ýëåìåíòà áóäåò ïîâûøàòüñÿ.
 ñëó÷àå, åñëè ýëåìåíò íàõîäèòñÿ â ïðîìåæóòî÷íîé ñòåïåíè îêèñëåíèÿ, òî åãî àòîìû ìîãóò êàê ïðèíèìàòü, òàê è îòäàâàòü ýëåêòðîíû. Ýòî çàâèñèò îò óñëîâèé ðåàêöèè è âåùåñòâà, ñ êîòîðûì ïðîèñõîäèò âçàèìîäåéñòâèå.
Ñïîñîáíîñòü âñòóïàòü â ðåàêöèè, êàê ñ îêèñëèòåëÿìè, òàê è ñ âîññòàíîâèòåëÿìè íàçûâàåòñÿ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíîé äâîéñòâåííîñòüþ.
Âåùåñòâà, îáëàäàþùèå îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíîé äâîéñòâåííîñòüþ ñïîñîáíû ê ðåàêöèè ñàìîîêèñëåíèÿ-ñàìîâîññòàíîâëåíèÿ. Ïðè ýòîì ÷àñòü àòîìîâ ýëåìåíòà ñ ïðîìåæóòî÷íîé ñòåïåíüþ îêèñëåíèÿ îòäàåò ýëåêòðîíû, à äðóãàÿ ÷àñòü èõ ïðèíèìàåò.
Ïðèìåð ðåàêöèè ñàìîîêèñëåíèÿ-ñàìîâîññòàíîâëåíèÿ:
Cl20 + 2NaOH = Na+1Cl-1 + Na+1Cl+1O-2 + H20O-2,
 äàííîì ñëó÷àå õëîð ÿâëÿåòñÿ è îêèñëèòåëåì è âîññòàíîâèòåëåì.
Ðåàêöèþ ñàìîîêèñëåíèÿ-ñàìîâîññòàíîâëåíèÿ íàçûâàþò ðåàêöèåé äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ.
Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
| Õèìèÿ îíëàéí íà íàøåì ñàéòå äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ è óðàâíåíèé. | |
| Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
| Îñíîâíàÿ èíôîðìàöèÿ ïî êóðñó õèìèè äëÿ îáó÷åíèÿ è ïîäãîòîâêè â ýêçàìåíàì, ÃÂÝ, ÅÃÝ, ÎÃÝ, ÃÈÀ | |
| Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
Îêèñëåíèå. | |
| Îêèñëåíèå − ýòî ïðîöåññ ïåðåäà÷è ýëåêòðîíîâ âåùåñòâîì, êîòîðûé ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîâûøåíèåì ñòåïåíè îêèñëåíèÿ ýëåìåíòà. | |
| Îêèñëåíèå. | |
Ðåàêöèè ñ èçìåíåíèåì ñòåïåíè îêèñëåíèÿ. | |
| Õèìè÷åñêèå ðåàêöèè, ïðîòåêàþùèå ñ èçìåíåíèÿ ñòåïåíè îêèñëåíèÿ , ò.å. ðåàêöèÿ ïðîèñõîäèò ñ èçìåíåíèåì ÷èñëà ýëåêòðîíîâ, ïåðåìåùåííûõ îò îäíîãî àòîìà âçàèìîäåéñòâóþùåãî ýëåìåíòà. | |
| Ðåàêöèè ñ èçìåíåíèåì ñòåïåíè îêèñëåíèÿ. | |
Источник
Химические элементы-неметаллы
Вы, очевидно, помните, что самой первой научной классификацией химических элементов было деление их на металлы и неметаллы. Эта классификация не потеряла своей значимости и в настоящее время.
Неметаллы – это химические элементы, для атомов которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего слоя благодаря наличию, как правило, на внешнем электронном слое четырех и более электронов и малому радиусу атомов по сравнению с атомами металлов.
Это определение оставляет в стороне элементы VIII группы главной подгруппы — инертные или благородные газы, атомы которых имеют завершенный внешний электронный слой. Электронная конфигурация атомов этих элементов такова, что их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам. Они являются теми объектами, которые в естественной системе четко разделяют элементы на металлы и неметаллы, занимая между ними пограничное положение. Инертные или благородные газы («благородство» выражается в инертности) иногда относят к неметаллам, но чисто формально, по физическим признакам. Эти вещества сохраняют газообразное состояние вплоть до очень низких температур.
Инертность в химическом отношении у этих элементов относительна. Для ксенона и криптона известны соединения с фтором и кислородом. Несомненно, в образовании этих соединений инертные газы выступали в роли восстановителей.
Из определения неметаллов следует, что для их атомов характерны высокие значения электроотрнцательности. Оиа изменяется в пределах от 2 до 4. Неметаллы – это элементы главных подгрупп, преимущественно р элементы, исключение составляет водород – s-элемент.
Все элементы-неметаллы (кроме водорода) занимают в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева верхний правый угол, образуя треугольник, вершиной которого является фтор.
Однако следует особо остановиться на двойственном положении водорода в Периодической системе: в I и VII группах главных подгрупп. Это не случайно. С одной стороны, атом водорода, подобно атомам щелочных металлов, имеет на внешнем (и единственном для него) электронном слое один электрон (электронная конфигурация 1s1), который он способен отдавать, проявляя свойства восстановителя.
В большинстве своих соединений водород, как и щелочные металлы, проявляет степень окисления +1, Но отдача электрона атомом водорода происходит труднее, чем у атомов щелочных металлов. С другой стороны, атому водорода, как и атомам галогенов, для завершения внешнего электронного слоя недостает одного электрона, поэтому атом водорода может принимать один электрон, проявляя свойства окислителя и характерную для галогена степень окисления -1 в гидридах — соединениях с металлами, подобных соединениям металлов с галогенами — галогенидам. Но присоединение одного электрона к атому водорода происходит труднее, чем у галогенов.
При обычных условиях водород Н2 — газ. Его молекула, подобно галогенам, двухатомна.
У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение электроотрицательности, которая закономерно изменяется в периодах и подгруппах (рис. 47).
Фтор – самый сильный окислитель, его атомы в химических реакциях не способны отдавать электроны, то есть проявлять восстановительные свойства.
Конфигурация внешнего электронного слоя
Другие неметаллы могут проявлять восстановительные свойства, хотя и в значительно более слабой степени по сравнению с металлами; в периодах и подгруппах их восстановительная способность изменяется в обратном порядке по сравнению с окислительной.
Источник
По их функции в окислительно-восстановительных
процессах их участники делятся на
окислителей и восстановителей.
Окислители– это атомы, молекулы или ионы, принимающие
электроны от других атомов. Степень
окисления окислителя уменьшается.
Восстановители– атомы, молекулы или ионы, отдающие
электроны другим атомам. Степень
окисления восстановителя повышается.
При протекании ОВР окислитель
восстанавливается, восстановитель –
окисляется, причем оба процесса протекают
одновременно.
Соответственно, окислители и
восстановители взаимодействуют в таких
соотношениях, чтобы числа принятых и
отданных электронов были одинаковы.
Конкретное проявление окислительных
или восстановительных свойств атомами
различных элементов зависит от многих
факторов. К важнейшим из них следует
отнести положение элемента в таблице
Менделеева, степень окисления элемента
в данном веществе, особые свойства
других участников реакции (характер
среды для растворов, концентрация
реагентов, температура, стереохимические
свойства сложных частиц и др.)
Окислители.
Окислителями могут быть как простые,
так и сложные вещества. Попытаемся
определить, какие факторы определяют
окислительные (и восстановительные)
свойства веществ.
Об окислительной способности простых
веществ можно судить по значениям
относительной электроотрицательности
(χ). Это понятие отражает способность
атома смещать к себе электронную
плотность от других атомов, т.е. фактически
является мерой окислительной способности
простых веществ. Действительно, наиболее
сильные окислительные свойства проявляют
активные неметаллы с максимальными
значениями электроотрицательности.
Так,фтор F2
проявляет только свойства окислителя,
поскольку имеет самое большое значениеχ, равное 4,1 (по шкале Оллреда-Рохова).
Второе место занимает кислород О2,
для негоχ = 3,5, еще более сильные
окислительные свойства проявляет озон
О3. Третье место занимает азот (χ
=3,07), но его окислительные свойства
проявляются только при высоких
температурах, поскольку молекула азотаN2обладает очень
высокой прочностью, т.к. атомы связаны
тройной связью. Достаточно сильные
окислительные свойства имеют хлор и
бром.
С другой стороны, минимальные значения
электроотрицательности присущи металлам
(χ= 0,8—1,6). Это означает, что собственные
электроны атомов металлов удерживаются
очень слабо и легко могут переходить к
атомам с большей электроотрицательностью.
Атомы металлов в нулевой степени могут
проявлятьтолько восстановительныесвойства и не могут принимать электроны.
Наиболее выраженные восстановительные
свойства проявляют металлыIА
иIIА групп.
Окислительно-восстановительные свойства сложныхвеществ
Критерием окислительной способности
атомов может служить степень окисления.
Максимальная степень окисления
соответствует переходу всех валентных
электронов к другим атомам. Такой атом
больше не может отдавать электроны, а
может только принимать их. Таким образом,
в максимальной степени окисления
элемент может проявлять только
окислительные свойства. Тем не менее,
необходимо отметить, что максимальная
степень окисления не означает
автоматическое проявление ярко выраженных
окислительных свойств. Чтобы реализовались
свойства сильного окислителя, частица
должна быть неустойчивой, максимально
несимметричной, с неравномерным
распределением электронной плотности.
Так, в разбавленных растворах сульфат-ионSO42-,
содержащий атом серы в максимальной
степени окисления+6 , вообще не
проявляет окислительных свойств, так
как имеет высокосимметричное
тетраэдрическое строение. Тогда как в
концентрированных растворах серной
кислоты заметная доля частиц находится
в виде недиссоциированных молекул и
ионовHSO4-, имеющих несимметричное строение с
неравномерным распределением электронной
плотности. Как следствие этого,
концентрированная серная кислота,
особенно при нагревании, очень сильный
окислитель.
С другой стороны, минимальная степень
окисления элемента означает, что атом
неметалла принял максимально возможное
число электронов на валентные подуровни
и больше не может принимать электроны.
Следовательно,
атомы неметаллов в минимальной степени
окисления могут проявлять только
восстановительные свойства.
Можно напомнить, что минимальная
степень окисления неметалла равна
номеру группы –8. Как и в случае с
серной кислотой, для реализации
восстановительных свойств недостаточно
иметь только минимальную степень
окисления. В качестве примера можно
привести азот в степени окисления –3.
Высокосимметричный ион аммонияNH4+в растворе крайне слабый восстановитель.
Молекула аммиака, обладающая меньшей
симметричностью, проявляет достаточно
сильные восстановительные свойства
при нагревании. Можно привести реакцию
восстановления из оксидов:
3FeO+ 2NH3= 3Fe+3H2O+N2.
Что же касается простых веществ с
промежуточными значениями
электроотрицательности (χ =1,9 –
2,6), то для неметаллов можно ожидать
реализации и окислительных, и
восстановительных свойств. К таким
веществам относятся водородH2,
углеродC, фосфорP,
сераS, иодI2и другие неметаллы средней активности.
Естественно,металлыиз этой категории
простых веществ исключаются, так какне могут принимать электроны.
Эти вещества при взаимодействии с
активными окислителями проявляют
свойства восстановителей, а при реакциях
с восстановителями проявляют свойства
окислителей. В качестве примера приведем
реакции серы:
0 0 +4 -2 0
0 +2 -2
S+O2=SO2Fe+S=FeS
как
видно, в первой реакции сера—восстановитель,
а во второй—окислитель.
Сложные вещества, содержащие атомы в
промежуточных степенях окисления, также
будут проявлять свойства и окислителей
и восстановителей. Таких веществ очень
много, поэтому назовем лишь наиболее
часто встречающиеся. Это соединения
серы (+4): в кислой среде SO2, а в щелочной и нейтральнойSO32-
иHSO3-.
Если эти соединения участвуют в реакции
в качестве восстановителей, то они будут
окисляться до серы +6 ( в газовой фазе
доSO3, а в растворе
доSO42-. Если
же соединения серы (+4) реагируют с
активными восстановителями, то происходит
восстановление до элементарной серы,
или даже до сероводорода.
SO2+ 4HI=S+ 2I2+2H2O
Многие соединения азота также проявляют
окислительно-восстановительную
двойственность. Представляет определенный
интерес поведение нитрит-ионов NO2–.
При их окислении образуется нитрат-ионNO3–, а при
восстановлении газообразный монооксид
азотаNO. Пример: 2NaNO2+ 2NaI+2H2SO4=I2+NO+ 2Na2SO4+2H2O.
Рассмотрим еще один пример, на этот раз
возьмем пероксид водорода, в котором
степень окисления кислорода (-1). Если
имеет место окисление этого вещества,
то степень кислорода повысится до 0, и
будет наблюдаться выделение газообразного
водорода:
H2O2+Cl2= 2HCl+O2.
В
реакциях окисления степень окисления
кислорода в пероксидах понижается до
(-2), что соответствует или воде H2O,
или гидроксид –ионуOH-
. В качестве примера приведем реакцию,
часто используемую в реставрационных
работах, при которых черный сульфид
свинца при действии разбавленного
раствора пероксида водорода превращается
в белый сульфат:PbS(черный)+4H2O2=PbSO4(белый)+4H2O.
Таким образом, завершая вводную
часть, приведем основные окислители,
восстановители и вещества, могущие
проявлять и окислительные и восстановительные
свойства.
Окислители:F2,O2,O3,Cl2,Br2,HNO3,H2SO4(конц.
),KMnO4,K2Cr2O7,PbO2,NаBiO3,
ионы в водном раствореFe3+,Cu2+,Ag+.
Восстановители:H2S,(S2-),HI(I-),HBr(Br-),HCl(слабый ),NH3(при
высоких температурах), ионы в водном
раствореFe2+,Cr2+,Sn2+и др.
Вещества с двойственными свойствами:H2 ,C,P,As,S,I2,CO,H2O2,Na2O2,NaNO2,SO2(SO32-)
и, формально, практически все вещества,
содержащие атомы с промежуточной
степенью окисления.
Составление
уравнений окислительно-восстановительных
реакций.
Существует несколько способов составления
уравнений ОВР. Обычно применяются
а) метод электронного баланса,
б) метод электронно-ионного баланса.
В основе обоих методов лежит нахождение
таких количественных отношений между
окислителем и восстановителем, при
которых соблюдается равенство принятых
и отданных электронов.
Метод электронного баланса является
более универсальным, хотя и менее
наглядным. Он основан на подсчете
изменения степеней окисления атомов
окислителя и восстановителя в исходных
и конечных веществах. При работе с этим
методом удобно следовать такому
алгоритму.
Записывается молекулярная схема
окислительно-восстановительной реакции,Рассчитываются степени окисления
атомов (обычно тех, которые ее меняют),Определяются окислитель и восстановитель,
Устанавливаются числа электронов,
принимаемых окислителем, и число
электронов, отдаваемых восстановителем,Находятся коэффициенты, при домножении
на которые числа отданных и принятых
электронов уравниваются,Подбираются коэффициенты для других
участников реакции.
Рассмотрим реакцию окисления сероводорода.
-2
0 +4 -2 -2
H2S+O2=SO2+H2O
В
этой реакции сера (-2) является
восстановителем, а молекулярный кислород
– окислителем. Затем составляем электронный
баланс.
S-2-6e-→S+4 2 – коэффициент
домножения для восстановителя
O2+4e-→2O-2
3 – коэффициент домножения для
окислителя
Записываем
формулы веществ с учетом коэффициентов
домножения
2H2S+
3O2= 2SO2+2H2O
Рассмотрим
еще один случай – разложение нитрата
алюминия Al(NO3)3.
В этом веществе атомы азота имеют высшую
степень окисления (+5), а атомы кислорода
– низшую (-2). Отсюда следует, что азот
будет окислителем, а кислород –
восстановителем. Составляем электронный
баланс, зная, что весь азот восстанавливается
до диоксида азота, а кислород окисляется
до молекулярного кислорода. С учетом
чисел атомов запишем:
3N+5+3e-→ 3N+44
2O-2-4e–→O2o3
тогда уравнение разложения запишется
так: 4Al(NO3)3=Al2O3+ 12NO2+ 3O2.
Метод
электронного балансаобычно
используют для определения коэффициентов
в ОВР, протекающих в гетерогенных
системах, содержащих твердые вещества
или газы.
Для
реакций, протекающих в растворах, обычно
применяется метод электронно-ионного
баланса, который учитывает влияние
различных факторов на состав конечных
продуктов.
Данный
метод учитывает: а) кислотность среды,
б)концентрации реагирующих веществ, в)
реальное состояние реагирующих частиц
в растворе, г) влияние температуры и др.
Кроме того, для данного метода нет
необходимости использовать степень
окисления.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник