Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, которые протекают с изменением степеней окисления химических элементов, образующих реагирующие вещества. Изменение степеней окисления в ходе ОВР обусловлено полным или частичным переходом электронов от атомов одного элемента к атомам другого элемента. Любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой совокупность двух процессов: отдачи и присоединения электронов.

Окисление - процесс отдачи электронов. В результате процесса окисления степень окисления элемента повышается.

Восстановление - процесс присоединения электронов. В результате процесса восстановления степень окисления элемента понижается.

Частицы (атомы, ионы, молекулы), которые отдают электроны, называются восстановителями.

Частицы (атомы, ионы, молекулы), которые принимают электроны, называются окислителями.

Рассмотрим на примере: Fe+CuSO₄ ⮕FeSO₄+Cu

В данной реакции железо из степени окисления 0 переходит в +2 — то есть отдаёт 2 электрона. Железо является восстановителем.

Медь из степени окисления +2 переход в 0 — то есть принимает 2 электрона. Атом меди из сульфата меди является окислителем.

Во многих случаях полезно уметь предвидеть ход окислительно-восстановительной реакции и определить ее продукты, руководствуясь накопленным опытом написания окислительно-восстановительных реакций.

 

Приступая к составлению окислительно-восстановительной реакции, необходимо прежде всего выяснить, какие вещества могут играть в ней роль окислителя, какие — восстановителя.

Только окислителями могут быть элементы в высшей своей степени окисления. Например, S⁺⁶ в серной кислоте (H₂SO₄), N⁺⁵ в азотной кислоте (HNO₃) или солях-нитратах, Cr⁺⁶ в хроматах (CrO₄⁺²) и дихроматах (Cr₂O₇²⁻) соответственно, а также Mn⁺⁷ (MnO₄⁻).

Только восстановителями могут быть элементы, находящиеся в низшей степени окисления, так как их атомы могут только отдавать электроны (только окисляться). Примеры: азот в степени окисления -3 (NH и его производные), сера в степени окисления -2 (H ₂S и сульфиды), йод в степени окисления -1 (НІ и йодиды), простые вещества-металлы.

Окислительно-восстановительной двойственностью обладают вещества, в состав которых входит элемент с промежуточной степенью окисления, так как его атомы способны как принимать, так и отдавать электроны.

  Примеры: сера в степени окисления +4 (SO ₂ и сульфиты), марганец в степени окисления +4 (MnO ₂), простые вещества-неметаллы (N ₂, P, C, S и др.) и др.

 

Расстановка коэффициентов в ОВР

Для подбора коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях используют метод электронного баланса. В основе методов расстановки коэффициентов ОВР лежит правило:общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителем.

 Пример: P+H₂SO₄⮕

Сера в серной кислоте в максимальной степени окисления +6, значит может быть только окислителем. Соответственно, P является восстановителем, должен повысить степень окисления.

 

Пишем продукты:

Фосфор повышает степень окисления с 0 до +5 (типичная для фосфора) H₃PO₄.

Сера с +6 понижает до типичной +4 SO₂.

Составляем уравнение: P + H₂SO₄⮕ H₃PO₄ + SO₂ + H₂O

(пишем воду для уравнения водорода и воды)

Составляем электронный баланс:

По электронному балансу перед серой ставим 5, перед фосфором 2.

2P + 5H₂SO₄⮕ 2H₃PO₄ + 5SO₂ + H₂O

Считаем атомы водорода для уравнения:

В реагентах(слева от стрелки) 5*2=10
В продуктах 2*3=6 и 2*1=2, то есть 8
для уравнения водорода ставим 2 перед водой

2P + 5H₂SO₄⮕ 2H₃PO₄ + 5SO₂ + 2H₂O

Считаем кислород:
В реагентах – 5*4=20
В продуктах – 2*4 + 5*2 + 2*1=20

Все атомы уравнены!!