МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОСНОВНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА ХИМИИ

Методичка по химии
Электронное строение атома
Химическая связь
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики и термохимии
Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева
Химическая кинетика и химическое равновесие
Электролитическая диссоциация
Растворы
Коллоидные растворы
Растворы неэлектролитов
Окислительно-восстановительные реакции
Электрохимические процессы в гетерогенных системах
Коррозия металлов
Электролиз

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют химические процессы, сопровождающиеся переносом электронов от одних молекул или ионов к другим, в результате чего происходит изменение степени окисления элементов, входящих в соединения.

Степень окисления (С.О.)– это условный заряд атома элемента, вычисленный из предположения, что все связи в молекуле соединения являются ионными. При вычислении С.О. какого-либо элемента следует знать те элементы, которые в своих соединениях проявляют всегда одну степень окисления (табл. 3). В любой окислительно-восстановительной реакции имеют место два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. При окислении С.О. элемента повышается: Al0 – 3e- ® Al3+. Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. В этом случае С.О. элемента понижается:  Fe3+ + 1 e- ® Fe2+.

Восстановители – это частицы (атомы, молекулы, ионы) которые отдают электроны, сами при этом они окисляются. Окислители – это частицы, которые принимают электроны, сами при этом они восстанавливаются.

Таблица 3.

Элементы с постоянной степенью окисления

С.О.

Элементы

0

Простые вещества

+1

H (кроме гидридов: CaH2, NaH),

Щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

+2

Щелочно-земельные металлы: Be, Mg,Ca, Ba, Sr,

а также d-элементы: Zn, Cd

+3

B, Al

-2

O (кроме H2O2 и OF2)

Рассмотрим алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса, суть которого заключается в уравнивании числа электронов, отданных восстановителем, и числа электронов, принятых окислителем.

1. Записывают молекулярное уравнение реакции, например:

PbS + H2O2 ® PbSO4 +H2O

2. Определяют степени окисления атомов всех элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

 

3. Находят элементы, атомы которых изменяют степени окисления. В данном случае это S и O.

4. Определяют окислитель и восстановитель. Записывают электронные схемы окисления и восстановления. Определяют процессы окисления и восстановления. Подбирают коэффициенты, на которые следует умножить уравнения электронного баланса перед их суммированием.

S-2 – 8e- ® S+6 1 – окисление


O-1 + 1e- ® O-2 8 – восстановление


S-2 + 8O-1 ® S+6 + 8O-2

Z = –2+(–8) = –10 Z = +6+8 (–2)= –10

5. Составляют суммарное уравнение электронного баланса, в котором расставляют коэффициенты с учетом числа принятых и отданных электронов. Проверяют равенство зарядов: сумма зарядов в левой части уравнения должна совпадать с суммой зарядов в правой части.

6. Расставляют коэффициенты в уравнении реакции, соответствующие числу электронов, участвующих в процессе. Далее уравнивают число атомов, не участвующих в окислении-восстановлении: число атомов металлов, не изменивших С.О.; ионы кислотных остатков, не изменивших С.О.; число атомов водорода. Проверка правильности расстановки коэффициентов осуществляется подсчетом общего числа атомов кислорода слева и справа.

Примеры решения задач

Пример 1. Определить степень окисления ванадия в молекуле Na4V2O7.

Р е ш е н и е. Суммарный заряд молекулы равен нулю. Атомы Na и O относятся к элементам с постоянной степенью окисления (табл. 3). Учитывая, что в молекуле Na4V2O7 4 атома натрия и 7 атомов кислорода, составляем уравнение:

 4 (+1) + 2x + 7 (-2) =0, при решении которого находим, что степень окисления ванадия в указанном соединении равна +5: x = +5.

Пример 2. Определить степень окисления кремния в ионе SiO44-.

Р е ш е н и е. В этом случае суммарный заряд соединения равен –4. Постоянная С.О. кислорода равна –2 (табл.3). Учитывая что атомов кислорода в ионе SiO44- четыре, составляем и решаем уравнение: x+ 4 (-2) = –4, x = +4.

Пример 3. Определить, окислением или восстановлением являются данные переходы: а) H2O2 ® O2 , б) MnO4- ® MnO2.

Р е ш е н и е. а) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений: . Данный переход представляет процесс окисления, так как происходит отдача электронов ионами кислорода: 2O-1 – 2e- ® O2

б) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений: . Данный переход представляет процесс восстановления, так как происходит присоединение электронов ионами марганца: Mn+7 + 3e- ® Mn+4.

Методичка по химии