Мнемонические правила

Для запоминания процессов окисления-восстановления, а также свойств окислителей и восстановителей существует несколько мнемонических правил:

• Отдать — Окислиться, Взять — Восстановиться (слова начинаются с одинаковых букв; при отдавании кем-либо чего-либо полезного — кислое, опущенное выражение лица, при получении — воспрявшее, восстановленное).

• Окислитель — грабитель (в процессе окислительно-восстановительной реакции окислитель присоединяет электроны).

2) Сте́пень окисле́ния (окислительное число, формальный заряд) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов.

3) Сильные окислители: O₂ кислород, O₃ озон, Пероксиды, Hal₂ галогены, ClO⁻ гипохлориты, ClO₃⁻ хлораты, HNO₃ азотная кислота, H₂SO₄, конц. серная кислота, Шестивалентный хром, MnO₂ оксид марганца(IV), MnO₄⁻ перманганаты, Катионы металлов и H⁺

К сильным восстановителям принадлежат щелочные и щел.-зем. металлы, Al, Si, С, Н₂ и ряд др. простых в-в, гидриды металлов и соед., содержащие неметаллы с отрицат. степенями окисления ( и др.). Очень сильной восстановит. способностью обладают р-ры, содержащие своб. или сольватированные электроны, напр. аммиачные р-ры щелочных и щел.-зем. металлов (см. Аммиак), а также атомарный водород.

Существуют в-ва, к-рые в одной и той же окислит.-восстановит. р-ции являются одновременно и восстановителями, и окислителями. В молекуле таких в-в содержатся атомы, отдающие и присоединяющие электроны,

29. Типы окислительно-восстановительных реакций. Привести примеры.

Окислительно-восстановительные реакции можно разделить на три типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления).

Межмолекулярными называются окислительно-восстановительные реакции, в результате которых изменяется степень окисления атомов в разных веществах. Таким образом, в роли окислителя и восстановителя в этом случае выступают разные вещества. Например:

2Ca + O₂ = 2CaO

Такие окислительно-восстановительные реакции встречаются чаще всего.

Окислительно-восстановительные реакции, в результате которых меняется степень окисления разных атомов в одном и том же веществе, называются внутримолекулярными. В этом случае в роли окислителя и восстановителя выступают разные атомы в одном и том же соединении. Например:

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

Здесь хлор восстанавливается, а кислород окисляется.

Окислительно-восстановительные реакции, в ходе которых одновременно понижается и повышается степень окисления одного и того же элемента, называются реакциями диспропорционирования (дисмутации). В таких реакциях в роли окислителя и восстановителя выступают атомы одного и того же элемента. Например:

4KClO₃ = KCl + 3KClO₄

Реакции диспропорционирования возможны, когда в исходном веществе элемент имеет промежуточную степень окисления. Обратные реакции, в результате которых из двух степеней окисления одного элемента образуется новая степень окисления, промежуточная между исходными, называются реакциями конпропорционирования (конмутации). Вместо термиров «диспропорционирование» и «конпропорционирование» употребляют также термин «самоокисление-самовосстановление».

Пример 1. Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соединениях NH₃, HNO₂, HNO₃, H₂S, H₂SO₃, H₂SO₄, MnO₂, KMnO₄, определите, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение. Степень окисления азота в указанных соединениях соответственно равна: –3 (низшая), + 3 (промежуточная), +5 (высшая); n (S) соответственно равна: –2 (низшая), +4 (промежуточная), +6 (высшая); n (Мn) соответственно равна: +4 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: NH₃, H₂S – только восстановители; HNO₃, H₂SO₄, KMnO₄ – только окислители; HNO₂, H₂SO₃, MnO₂ – окислители и восстановители.

Пример 2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: a) H₂S и Hl; б) Н₂S и H₂SO₃; в) H₂SO₃ и НСlO₄?

Решение. а) Степень окисления в H₂S n (S) = –2; в Hl n (l) = –1. Так как и сера, и йод находятся в своей низшей степени окисления, то оба взятые вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут; б) в H₂S n (S) = –2 (низшая); в H₂SO₃ n (S) = +4 (промежуточная). Следовательно, взаимодействия этих веществ возможно, причем H₂SO₃ является окислителем; в) в H₂SO₃ n (S) = +4 (промежуточная); в НСlО₄ n (Cl) = +7 (высшая). Взятые вещества могут взаимодействовать. H₂SO₃ в этом случае будет проявлять восстановительные свойства.

 

Пример 3. Составьте уравнения окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

КМnО₄ + Н₃РО₃ + H₂SO₄ →  MnSO₄ + Н₃РО₄ + K₂S0₄ + Н₂О

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

восстановитель      5          P³⁺ – 2e^– = P⁵⁺ процесс окисления

окислитель              2          Mn⁷⁺ + 5e^– = Mn²⁺ процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид:

2КМnО₄ + 5Н₃РО₃ + 3H₂SO₄ →  2MnSO₄ + 5Н₃РО₄ + K₂SO₄ + ЗН₂О 

Пример 4. Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

Решение. Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свойства. В концентрированной серной кислоте окислительную функцию несет сера (+6). Максимальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления. Минимальная степень окисления серы как р-элемента VIA группы равна –2. Цинк как металл IIВ группы имеет постоянную степень окисления +2. Отражаем сказанное в электронных уравнениях:

 

 

восстановитель      4          Zn⁰ – 2e^– = Zn²⁺ процесс окисления

окислитель              1          S⁶⁺ + 8e^– = S^2– процесс восстановления

Составляем уравнение реакции:

4Zn + 5H₂SO₄ →  4ZnSO₄+ H₂S + 4H₂O

Перед H₂SO₄ стоит коэффициент 5, а не 1, ибо четыре молекулы H₂SO₄ идут на связывание четырех ионов Zn²⁺.