Реакции без и с изменением степени окисления

 

Существует два типа химических реакций:

 

A Реакции, в которых не изменяется степень окисления элементов:

 

Реакции присоединения

SO₂ + Na₂O = Na₂SO₃

Реакции разложения

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Реакции обмена

AgNO₃ + KCl = AgCl + KNO₃

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

 

B Реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих соединений и передача электронов от одних соединений к другим:

 

2Mg⁰ + O₂⁰ = 2Mg⁺²O^-2

2KI^-1 + Cl₂⁰ = 2KCl^-1 + I₂⁰

Mn⁺⁴O₂ + 4HCl^-1 = Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰ + 2H₂O

 

Такие реакции называются окислительно - восстановительными.

Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.

Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные степени окисления, а атомы элементов с меньшей электроотрицательностью - положительные.

Степень окисления - формальное понятие; в ряде случаев степень окисления не совпадает с валентностью.

 

Например:

N₂H₄ (гидразин)

 

 

степень окисления азота – -2; валентность азота – 3.

 

Расчет степени окисления

 

Для вычисления степени окисления элемента следует учитывать следующие положения:

 

1. Степени окисления атомов в простых веществах равны нулю (Na⁰; H₂⁰).

 

2. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав молекулы, всегда равна нулю, а в сложном ионе эта сумма равна заряду иона.

 

3. Постоянную степень окисления в соединениях с атомами других элементов имеют атомы: щелочных металлов (+1), щелочноземельных металлов (+2), фтора

(-1), водорода (+1) (кроме гидридов металлов Na⁺H^-, Ca²⁺H₂^- и др., где степень окисления водорода -1), кислорода (-2) (кроме F₂^-1O⁺² и пероксидов, содержащих группу –O–O–, в которой степень окисления кислорода -1).

 

4. Для элементов положительная степень окисления не может превышать величину, равную номеру группы периодической системы.

 

Примеры:

V₂⁺⁵O₅^-2; Na₂⁺¹B₄⁺³O₇^-2; K⁺¹Cl⁺⁷O₄^-2; N^-3H₃⁺¹; K₂⁺¹H⁺¹P⁺⁵O₄^-2; Na₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^-2

 

Окисление, восстановление

 

В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов - окисление. При окислении степень окисления повышается:

 

H₂0 - 2ē = 2H⁺ + 1/2О₂

S^-2 - 2ē = S⁰

Al⁰ - 3ē = Al⁺³

Fe⁺² - ē = Fe⁺³

2Br ^- - 2ē = Br₂⁰

 

Процесс присоединения электронов - восстановление: При восстановлении степень окисления понижается.

 

Mn⁺⁴ + 2ē = Mn⁺²

S⁰ + 2ē = S^-2

Cr⁺⁶ +3ē = Cr⁺³

Cl₂⁰ +2ē = 2Cl^-

O₂⁰ + 4ē = 2O^-2

 

Атомы, молекулы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны - восстановителями.

Окислитель в процессе реакции восстанавливается, восстановитель — окисляется.

 

Окислительно-восстановительные свойства вещества и степени окисления входящих в него атомов

 

Соединения, содержащие атомы элементов с максимальной степенью окисления, могут быть только окислителями за счет этих атомов, т.к. они уже отдали все свои валентные электроны и способны только принимать электроны. Максимальная степень окисления атома элемента равна номеру группы в периодической таблице, к которой относится данный элемент. Соединения, содержащие атомы элементов с минимальной степенью окисления могут служить только восстановителями, поскольку они способны лишь отдавать электроны, потому, что внешний энергетический уровень у таких атомов завершен восемью электронами. Минимальная степень окисления у атомов металлов равна 0, для неметаллов - (n–8) (где n- номер группы в периодической системе). Соединения, содержащие атомы элементов с промежуточной степенью окисления, могут быть и окислителями и восстановителями, в зависимости от партнера, с которым взаимодействуют и от условий реакции.

 

Важнейшие восстановители и окислители

 

Восстановители

Металлы,

водород,

уголь.

Окись углерода (II) (CO).

Сероводород (H₂S);

оксид серы (IV) (SO₂);

сернистая кислота H₂SO₃ и ее соли.

Галогеноводородные кислоты и их соли.

Катионы металлов в низших степенях окисления: SnCl₂, FeCl₂, MnSO₄, Cr₂(SO4)₃.

Азотистая кислота HNO₂;

аммиак NH₃;

гидразин NH₂NH₂;

оксид азота(II) (NO).

Катод при электролизе.

Окислители

Галогены.

Перманганат калия(KMnO₄);

манганат калия (K₂MnO₄);

оксид марганца (IV) (MnO₂).

Дихромат калия (K₂Cr₂O₇);

хромат калия (K₂CrO₄).

Азотная кислота (HNO₃).

Серная кислота (H₂SO₄) конц.

Оксид меди(II) (CuO);

оксид свинца(IV) (PbO₂);

оксид серебра (Ag₂O);

пероксид водорода (H₂O₂).

Хлорид железа(III) (FeCl₃).

Бертоллетова соль (KClO₃).

Анод при электролизе.