9.2. Типы окислительно-восстановительных реакций

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции, при которых изменяются степени окисления атомов элементов, входящих в состав разных веществ. Реакции, рассмотренные в примерах 35, относятся к этому типу.

2. Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, при которых степень окисления изменяют атомы разных элементов одного и того же вещества. По такому механизму протекают реакции термического разложения соединений. Например, в реакции

+5 2 +4 0

Pb(NO₃)₂  PbO + NO₂ + O₂

изменяет степень окисления азот (N⁺⁵  N⁺⁴) и атом кислорода (О^2  О₂⁰), находящиеся внутри молекулы Pb(NO₃)₂.

восстановитель 2 2N⁺⁵  2N⁺⁴ ,  = –2 процесс восстановления,

окислитель 1 2O^–2  O₂⁰ ,  = +4 процесс окисления.

Составляем уравнение реакции: 2Pb(NO₃)₂ = 2PbO + 4NO₂ + O₂

3. Реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования, дисмутации). В этом случае степень окисления одного и того же элемента и повышается, и понижается. Реакции диспропорционирования характерны для соединений или элементов веществ, соответствующих одной из промежуточных степеней окисления элемента.

Пример 6. Используя метод баланса, уравнять реакцию:

K₂MnO₄ + H₂O  KMnO₄ + MnO₂ + KOH.

РешениеОпределим степени окисления участвующих в окислительно-восстановительном процессе элементов до и после реакции:

+6 +7 +4

K₂MnO₄ + H₂O  KMnO₄ + MnO₂ + KOH.

Из сравнения степеней окисления следует, что марганец одновременно участвует в процессе окисления, повышая степень окисления с +6 до +7, и в процессе восстановления, понижая степень окисления с +6 до +4.

2Mn⁺⁶  Mn⁺⁷ ;  = 76 = +1 (процесс окисления, восстановитель),

1 Mn⁺⁶  Mn⁺⁴ ;  = 46 = 2 (процесс восстановления, окислитель).

Поскольку в данной реакции окислителем и восстановителем выступает одно и то же вещество (K₂MnO₄), коэффициенты перед ним суммируются. Записываем уравнение:

3K₂MnO₄ + 2H₂O = 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.

В этом случае K₂MnO₄ является одновременно и окислителем, и восстановителем.

4. Внутримолекулярные реакции окисления-восстановления, в которых происходит выравнивание степеней окисления атомов одного и того же элемента (то есть обратные ранее рассмотренным), являются процессами контрдиспропорционирования (коммутации), например

_{3 + 3 0}

NH₄NO₂  N₂ + 2H₂O.

1 2N^3  6ē  N₂⁰ (процесс окисления, восстановитель),

1 2N⁺³ + 6ē N₂⁰ (процесс восстановления, окислитель).

Наиболее сложными являются окислительно-восстановительные реакции, в которых окислению или восстановлению подвергаются одновременно атомы или ионы не одного, а двух или нескольких элементов.

Пример 7. Используя вышеизложенные положения, уравнять реакцию:

+3 2 +5 +5 +6 +2

As₂S₃ + HNO₃  H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NO.

32As⁺³  4ē  2As⁺⁵ 28

3S^2  24  3S⁺⁶ (процесс окисления),

28 N⁺⁵ + 3 N⁺² (процесс восстановления).

Суммируем левые и правые части с учетом полученных коэффициентов и записываем уравнение:

3As₂S₃ + 28HNO₃ + 4H₂O = 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + 28NO.