Реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.
Таблица 1
Основные понятия и определения
окислительно-восстановительных процессов
Понятия и определения
Примеры
Степень окисления (окислительное число) – это условный заряд атома в соединении, вычисляемый из допущения, что все связи в этом соединении являются ионными, и равный числу электронов, смещенных от атома данного элемента (положительная степень окисления) или к атому данного элемента (отрицательная степень окисления)
+1 +7 –2 +1 +6 –2
K Mn O4 , H2 S O4,
–3 +1
N H3,
+1 +6 –2
K2 Cr2 O7
Восстановители– атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны;
процесс отдачи электронов называется окислением.
Процесс окисления сопровождается увеличением степени окисления соответствующих элементов, входящих в состав восстановителя
о
Al – 3e = Al3+
Окислители – атомы, молекулы или ионы, принимающие электроны;
процесс присоединения электронов называется восстановлением
Процесс восстановления сопровождается понижением степени окисления элементов, входящих в состав окислителя
о _
Cl2 + 2e = 2Cl
Соединения, в состав которых входят атомы элементов в своей максимальной положительной степени окисления, могут только восстанавливаться, выступая в качестве окислителей
Соединения, содержащие элементы в их минимальнойстепени окисления, могут только окисляться, выполняя функцию восстановителей
+6 +4 +5
K2Cr2O7, PbO2, HNO3
–2 –3
H2S, NH3
Продолжение табл. 1
Понятия и определения
Примеры
Правилаопределения степени окисления атомов в свободном состоянии и в химических соединениях:
1) степень окисления атомов в молекулах простых веществ равна нулю;
2) алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекулах равна нулю, то есть молекула электронейтральна;
3) степень окисления атомов в простых ионных соединениях для данного иона равна по знаку и численному значению его электрического заряда;
4) алгебраическая сумма степеней окисления атомов в ионах равна электрическому заряду данного иона;
5) металлы в своих соединениях проявляют только положительные степени окисления;
6) постоянную степень окисления в соединениях проявляют:
металлы главной подгруппы 1 группы периодической системы элементов (+1);
металлы главной подгруппы 2 группы (+2);
фтор (–1);
водород во всех соединениях имеет степень окисления, равную плюс один (+1); исключение составляют гидриды металлов, где из-за всегда положительной степени окисления металлов, степень окисления водорода равна минус один (–1);
кислород в соединениях имеет степень окисления, равную минус два (–2); исключения составляют:
пероксиды – здесь кислород имеет степень окисления, равную минус один (–1);
фторид кислорода – здесь кислород имеет степень окисления, равную плюс два (+2);
дифторид кислорода – здесь кислород имеет степень окисления, равную плюс один (+1)
Метод электронного баланса основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных веществах и продуктах реакции и предусматривает соблюдение правила: число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.
Сущность метода электронного баланса рассмотрим на примере составления уравнения окислительно-восстановительной реакции.
Пример. Определить коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции
1) определяются степени окисления элементов в соединениях, устанавливается окислитель и восстановитель:
+1 –1 +1 +7 –2 +1 +6 –2 0 +2 +6 –2 +1 +6 –2 +1 –2
H2 O2 + K Mn O4 + H2 S O4 ¾¾® O2 + Mn S O4 + K2 S O4 + H2 O.
Из схемы реакции видно, что степень окисления кислорода повысилась от –1 до 0, следовательно, H2O2 – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления марганца меняется от +7 до +2, следовательно, KMnO4 – окислитель и в процессе реакции восстанавливается;
2) составляются электронные уравнения и находятся коэффициенты при восстановителе и окислителе (основные коэффициенты), то есть составляется электронный баланс:
–1 0
2 O – 2 e = O2 5
+7 +2
Mn + 5e = Mn 2
3) основные коэффициенты переносятся в уравнение реакции
4) из сопоставления левой и правой частей находятся коэффициенты для остальных участников реакции в следующем порядке: сначала уравнивается число атомов металлов, далее – число атомов неметаллов (кроме водорода), в последнюю очередь уравнивается число атомов водорода.