6. Окисно – відновні реакції

6.1. Теорія овр

ОВР – реакції, під час яких змінюються ступені окиснення елементів у сполуках, що реагують:

• в структурі окисників – знижуються, коли окисники відновлюються;

• в структурі відновників – підвищуються, коли відновники окиснюються.

Отже:

Окисник, приєднуючи електрони (+ n ), відновлюється,

ступінь окиснення при цьому знижується

*****

Відновник, відщеплюючи електрони ( n ), окиснюється,

ступінь окиснення підвищується

В ОВР зазначені процеси здійснюються одночасно, причому число електронів, які відщеплює відновник, дорівнює числу електронів, які приєднує окисник.

Для окисника і відновника існують спряжені системи, які беруть участь в реакції:

n окиснена форма відновлена форма

n

⇆

Fe⁺³ ⇆ Fe⁺²

6.2. Ступінь окиснення

Ступінь окиснення – це уявний заряд, який виникає на атомах у складі молекули, виходячи з припущення, що сполука складається з йонів.

Визначення ступенів окиснення основане на таких правилах:

• ступені окиснення нейтральних атомів елементів, як і атомів у складі молекул простих речовин дорівнюють нулю.

Приклад 6.2.1. Нейтральні атоми хімічних елементів – Hg⁰, Ar⁰;

прості речовини: O₂⁰, O₃⁰, P₄⁰, S₈⁰

• хімічні зв’язки, утворені за донорно-акцепторним механізмом ступенів окиснення атома не змінюють;

• неполярні ковалентні зв’язки у молекулах складної речовини ступенів окиснення не змінюють.

При визначенні невідомих ступенів окиснення використовують ступені окиснення тих атомів елементів, у яких вони залишаються сталими.

Метали та металоїди: Li⁺¹, Na⁺¹, K⁺¹, Rb⁺¹, Cs⁺¹, Fr⁺¹, Ag⁺¹;

Be⁺², Mg⁺², Ca⁺², Sr⁺², Ba⁺², Ra⁺², Zn⁺², Cd⁺²;

Al⁺³.

Неметали: сeред неметалів тільки флуор не має винятків - ;

оксиген – найчастіше ; за винятком пероксидів ( і сполуки

OF₂ (O⁺²).

Порівняння. Молекулярна формула:

+2 +1

H₂O – оксид гідрогену (вода) і H₂O₂ – пероксид гідрогену

Структурна формула:

Н – О – Н Н – О – О – Н

гідроген – найчастіше Н⁺¹; виняток - гідриди металів ( ).

Порівняння. Молекулярна формула:

-1 +1

NaH – гідрид натрію i HCl – хлорид гідрогену

Структурна формула:

Na – H Н – Cl

Розрахунок виконують алгебраїчним методом, спираючись на правило:

алгебраїчна сума усіх ступенів окиснення усіх атомів у складі молекули дорівнює нулю, а у складному іоні – його заряду.

Приклад 6.2.2. Визначити ступінь окиснення нітрогену у сполуках:

а) NH₃; б) NH₄OH.

Розв’язок. Позначаємо ступінь окиснення нітрогену як x. Будь-яка молекула є електронейтральною, тобто, підсумковий заряд дорівнює нулю.

а) Для розрахунку використовуємо наведені вище відомості про ступені окиснення.

Аміак (нітрид гідрогену)

x +1

( NH₃)⁰

Складаємо алгебраїчне рівняння: 1∙ x + 3∙(+1) = 0. Отже x = - 3.

б) Особливістю є те, що у катіоні амонію додатковий ковалентний зв’язок утворений за донорно-акцепторним механізмом і ступеню окиснення нітрогену не змінює:

H координаційний зв’язок

H N →H OH

H

x +1 -2 +1

(NH₄OH)⁰

Складаємо алгебраїчне рівняння: 1∙ x + 4∙(+1) + 1∙(-2) + 1∙(+1) = 0.

Отже x = - 3.

Приклад 6.2.3. Визначити ступінь окиснення: а) хрому у дихромат – іоні; б) фосфору у орто-фосфат – іоні.

Розв’язок. Будь-який іон – частинка, що має електричний заряд, який не дорівнює нулю.

а) Записуємо формулу аніона: Cr₂O₇ ^2-. Складаємо алгебраїчне рівняння

x -2

(Cr₂O₇)^2- 2∙ x + 7∙(-2) = -2. Отже x = + 6.

б) Записуємо формулу аніона: РО₄^3-. Складаємо алгебраїчне рівняння:

x -2

(РО₄)^3- 1∙ x + 4∙(-2) = -3. Отже x = + 5.

Задачі та вправи

62. Що називають окисненою формою та відновленою формою елемента? В чому відмінність значень ступенів окиснення і за рахунок яких процесів відбувається їх взаємне перетворення?

63. Що називають спряженою окисно-відновною парою? Скільки таких пар бере участь у ОВР? Зазначте спряжені пари у реакції

HClO + HCl = Cl₂ + H₂O.

64. Чому ступені окиснення атомів в молекулах простих речовин дорівнюють нулю, а в молекулах складних речовин їх числове значення більше чи менше нуля?

65. Визначити ступені окиснення:

а) фосфору в PH₃, Ca(H₂PO₄)₂, P₂O₃, Mg₃P₂; б) купруму в Cu₂O, Cu(NO₃)₂, CuNO₃, (CuOH)₂CO₃, CuCl₂; в) сульфуру в K₂SO₃, Mg(HS)₂, KAl(SO₄)₂, NaHSO₄; г) нітрогену в NaNO₂, KNO₃, Ca₃N₂, N₂O.

66. Визначте ступені окиснення всіх елементів, що входять до складу таких сполук: KHSO₄, [Fe(OH)₂]₂CO₃, [FeOH]₂SO₄, Mg(HCO₃)₂, Ca₃(AsO₄)₂, Fe(NO₃)₃, KH₂PO₄, H₃PO₃.