Урок 16 Получить доступ за 50 баллов Окислительно-восстановительные реакции

Когда мы видим ржавчину на железе или темный налет на серебре, мы часто можем услышать фразу: «металл окислился».

Разберём подробнее, что значит это выражение с точки зрения химии.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Окислитель и восстановитель

Как мы уже с вами усвоили ранее, при образовании ионной химической связи между атомами разных элементов происходит перемещение валентных электронов к более электроотрицательному атому с образованием ионов.

Для обозначения их условного заряда в соединении введено понятие «степень окисления».

В ионных соединениях степень окисления отражает истинный заряд ионов, что связано с переходом электронов от атомов металла к атомам неметалла:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Этот процесс можно условно разбить на два уравнения:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Окислением называется процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления.

Восстановлением называется процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления.

Эти два процесса взаимосвязаны, так как электроны от атома, отдающего электроны, переходят к атому, присоединяющему электроны.

Однако с нашей точки зрения, в большом масштабе, мы видим не изолированные атомы, а реальные вещества: натрий очень активно горит в хлоре ярким жёлтым пламенем.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Вещество, в состав которого входит элемент, способный присоединять электроны и понижать свою степень окисления, называется окислителем.

Из химических элементов типичными окислителями являются неметаллы – элементы VII, VI, V групп периодической системы элементов: это фтор (наиболее сильный окислитель, который никогда не выступает в роли восстановителя), кислород, хлор, бром, йод, азот, сера.

 

Вещество, в состав которого входит элемент, способный отдавать электроны и увеличивать свою степень окисления, называется восстановителем.

Типичными восстановителями являются металлы. Чем левее и ниже они находятся в периодической системе, тем сильнее их восстановительные свойства. Наиболее сильные восстановители – это щелочные и щелочноземельные металлы.

 Может показаться немного запутанным, но на самом деле запомнить это несложно - достаточно вспомнить бытовую фразу «металл окислился» и знать, что при этом он отдал электроны:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Ионы Fe3+ придают химическим соединениям, в состав которых входят, бурые и тёмно-оранжевые оттенки.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Такими реакциями является абсолютное большинство из протекающих в быту и в технике химических реакций.

К ним относятся все реакции соединения простых веществ, реакции замещения, большинство реакций разложения.

Окислительно-восстановительные реакции проходят в живых организмах в процессе обмена веществ. Например, в процессе фотосинтеза образуется кислород – здесь атомы кислорода тоже окисляются, поскольку степень окисления атомов увеличивается:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Однако вернёмся к примеру с горением натрия в хлоре.

Здесь хлор – окислитель, натрий – восстановитель.

Здесь окислитель и восстановитель – разные элементы.

Реакций такого типа множество, например, соединение простых веществ.

Но также существуют реакции, в которых окислителем и восстановителем выступает один и тот же химический элемент.

Это реакции диспропорционирования и конпропорционирования.

Отличаются они тем, что в первом случае из одной степени окисления получается несколько: 

H2O+ Cl2= HCl+ HClO

При пропускании хлора через воду образуется хлорная вода.

Она обладает отбеливающими свойствами из-за нестойкой хлорноватистой кислоты HClO, которая легко разлагается на HCl и O– атомарный кислород, который является очень сильным окислителем и легко вступает в реакции с органическими красителями с образованием бесцветных веществ.

Степень окисления атомов хлора в простом веществе 0, в хлороводороде –1, в хлорноватистой кислоте +1.

 

При разложении перекиси водорода образуется кислород, который обладает обеззараживающими свойствами (из-за своей большой химической активности):

H2O2= H2O+ O2

Степени окисления атомов кислорода в перекиси водорода –1, в воде –2, в простом веществе 0.

 

В случае с конпропорционированием происходит наоборот: из нескольких степеней окисления получается одна:

SO2+ 2H2S= 3S+ 2H2O

При реакции сернистого газа и сероводорода образуется элементарная сера S.

Степени окисления атомов серы в сернистом газе +4, в сероводороде –2, в простом веществе - 0.

 

Окислительно-восстановительные реакции, как и все другие, подчиняются общему закону природы – закону сохранения массы и энергии.

А именно: в реакционной системе сохраняется число электронов. То есть число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

В химии важно владеть языком формул и уравнений, которые отражают не только закономерности строения веществ, но и закономерности протекания химических реакций.

Расставлять коэффициенты в уравнениях сложных окислительно-восстановительных реакций путем их подбора – дело весьма трудное, а часто вообще невозможное.

Успех быстрого и правильного составления уравнения на самом деле очень прост:

надо помнить, что число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем.

 

Всё это можно сделать легко и быстро, если следовать определенному алгоритму.

Алгоритм расстановки коэффициентов
в уравнениях окислительно-восстановительных реакций
на примере термического разложения перманганата калия

1. Определить элементы, изменяющие степень окисления.

KMnO4= K2MnO4+ MnO2+ O2

 

Mn: от +7 до +6

Mn: от +7 до +4

O: от –2 до 0

2. Выписать, сколько электронов принимают и отдают соответствующие атомы.

При этом если в реакции участвует или образуется простое вещество – записываем не атом, а молекулу этого вещества.

Mn+7 + 1e = Mn+6

Mn+7 + 3e = Mn+4

2O–2 = O2 + 4e

3. Уравнять число электронов между окислителем и восстановителем.

Число отданных и принятых электронов должно быть одинаковое.

2Mn+7 + 4e = Mn+6 + Mn+4

2O–2 = O2 + 4e

4. Проставить полученные коэффициенты перед соответствующими веществами.

2KMnO4= K2MnO4+ MnO2+ O2

5. Уравнять число атомов всех элементов.

Обычно после 4-го этапа в уравнении стоят правильные коэффициенты, но не всегда – поэтому я рекомендую проверить ещё раз.

2KMnO4= K2MnO4+ MnO2+ O2

Или разберём другой пример:

Концентрированная серная кислота H2SO4 является сильным окислителем:

  • при реакции её с металлами выделяется не водород, а разные соединения серы в зависимости от активности металла
  • она также реагирует и с неметаллами

H2SO4+ C= SO2+ CO2+ H2O

(окисление угля до углекислого газа)

 

1. Определим, какие элементы изменяют степень окисления:

S: от +6 до +4

С: от 0 до +4

 

2. Выпишем, сколько электронов принимают и отдают эти атомы:

S+6+ 2e= S+4

C= C+4+ 4e

 

3. Уравняем количество отданных и принятых электронов:

2S+6+ 4e= 2S+4

C= C+4+ 4e

 

4. Проставим соответствующие коэффициенты в уравнении:

2H2SO4+ C= 2SO2+ CO2+ H2O

 

 5. Если проверить количество других атомов (кислорода и водорода), то мы видим, что в правой части не хватает ещё одной молекулы воды, – поставим коэффициент 2.

2H2SO4+ C = 2SO2+ CO2+ 2H2O

Уравнение готово! 

 

Умение составлять такие уравнения может вам пригодиться, в первую очередь, для того, чтобы уметь их читать и понимать.

Да и потом, когда-нибудь, когда в школу пойдёт уже ваш ребёнок, он может попросить вас помочь ему расставить коэффициенты в подобном уравнении.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ