Глава 10. Окислительно-востановительные реакции

 

После изучения этой темы вы должны:

- знать важнейшие химические понятия: окисление и восстановление;

- уметь определять окислитель и восстановитель;

- расставлять коэффициенты методом электронного баланса или ионно-электронным методом;

- проводить расчет ЭДС окислительно-восстановительной реакции на основе понятия окислительно-восстановительного потенциала.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными (ОВР).

При определении степени окисления условно предполагают, что в соединении валентные электроны полностью переходят к более электроотрицательным атомам. В действительности же при образовании ковалентных связей происходит только смещение электронной пары от одного атома к другому. Таким образом, степень окисления – это условный заряд, который принял бы атом, если бы отдал или принял соответствующее число электронов.

При определении степени окисления элементов в соединении надо помнить, что в целом молекула электронейтральна, поэтому сумма положительных и отрицательных зарядов должна равняться нулю.

Пример K⁺Mn⁺⁷O^-2₄

+1+7-8=0

Основные положения теории окислительно-восстановительных реакций:

1. Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом:

Na⁰ – 1e ® Na⁺. При окислении степень окисления повышается.

Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями, в реакции они окисляются.

2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом: Cl₂⁰ + 2e ® 2Cl^-. При восстановлении степень окисления понижается.

Атомы, молекулы или ионы, принимающие электроны, называются окислителями, в реакции они восстанавливаются.

3. Процессы окисления и восстановления протекают одновременно. Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.

4. Окислительно-восстановительная способность атома в соединении связана с его электронной структурой.

 

Например, рассмотрим окислительно-восстановительные свойства соединений серы в зависимости от строения валентных электронов центрального атома: H₂S^-2, H₂S⁺⁴O₃ , H₂S⁺⁶O₄

В нормальном состоянии атома, чему соответствует нулевая степень окисления, атом серы имеет шестиэлектронную структуру:

S0 3s	­¯	­	­
­¯		3p

В Н₂S сера имеет отрицательную степень окисления -2, чему соответствует восьмиэлектронная оболочка валентного слоя:

S-2 3s	­¯	­¯	­¯
­¯		3p

Больше принять электронов она не может, а может только отдавать, следовательно, сероводород – восстановитель.

В H₂SO₃ сера находится в промежуточной степени окисления +4, это соответствует следующей электронной конфигурации:

S+4 3s
­¯		3p

В данном случае сернистая кислота может быть как окислителем (принять электроны на свободные орбитали) так и восстановителем (отдать электроны).

В третьем соединении сера имеет положительную максимальную степень окисления +6 (валентных электронов нет, орбитали свободны), т.е. частица может принимать электроны.

S+6 3s
		3p

Следовательно, серная кислота – окислитель.

Таким образом, окислительно-восстановительные свойства легко определяются исходя из степени окисления атома в соединении (табл. 11).

 

Таблица 11