Тема: «Окислительно-восстановительные реакции»
Цель работы: изучение понятий окисления и восстановления, а также правил составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.
Окислители и восстановители и реакции между ними Многие химические реакции сопровождаются переносом или смещением электронов от одного реагента к другому. Такие реакции называются окислительно-восстановительными. По существу окислениепредставляет собой кажущуюся потерю электронов атомом, ионом или молекулой, а восстановление – кажущееся приобретение электронов. Полное число электронов, отдаваемых одним веществом при окислении, всегда должно быть равно полному числу электронов, приобретаемых в процессе восстановления, которым обязательно сопровождается первый процесс. Эта закономерность определяет взаимосвязь между реагентами в окислительно-восстановительной реакции и позволяет найти способ составления их уравнений. Чтобы определить число электронов, теряемых или приобретаемых реагентами, каждому атому в молекуле, ионе или в свободном состоянии приписывают особое число, называемое степенью окисления или окислительным числом. Это число указывает состояние окисления атома и представляет собой всего лишь удобную основу для учета переноса электронов: его не следует рассматривать как истинный заряд, которым обладает атом в молекуле. Изменение состояния окисления атома в окислительно-восстановительной реакции определяет число теряемых или приобретаемых электронов. Для нахождения окислительных чисел атомов можно пользоваться следующими правилами: 1. В веществах, имеющих ионную связь, окислительные числа элементарных ионов равны их зарядам: Na+1Cl-1 , K+1F-1 Al+3F-13 . Окислительные числа можно ставить над атомами, а также в тексте – рядом с соответствующим атомом, например Na (+1): Na(+1)Cl(-1), K(+1)F(-1), Al(+3)F3 (-1) .
2. В веществах, имеющих ковалентные связи, каждый смещенный от атома электрон придает ему окислительное число +1, а каждый смещенный к атому электрон придает ему окислительное число –1, причем, в каждой ковалентной связи электрон атома менее электроотрицательного элемента смещен к атому более электроотрицательного элемента[1]: +1 -2 +1 +1 -1 +2 -2 Н - О - Н Н - Сl С = О .
3. Степень окисления атомов простых веществ равна нулю: 0 0 0 Zn Cl2 Н2 ( например, относительная электроотрицательность атомов Сl в Cl2 одинакова, поэтому нет смещения электронов от атома к атому).
4. Сумма окислительных чисел всех атомов химического соединения равна нулю, а сложного иона – его заряду: +1 -2 +1 +6 -2 +6 -2 H2 O H2 S O4 ( S O4 )2- . 2(+1) + (-2) = 0 2(+1) + (+6) + 4(-2) = 0 (+6) + 4(-2) = -2
5. Степень окисления всегда одинакова: · у атомов водорода +1, за исключением гидридов металлов, в которых степень окисления атомов водорода –1: +1 -1 +2 -1 LiH CaH2 ; · у атомов кислорода –2, за исключением пероксидов, в которых степень окисления атомов кислорода –1: +1 -1 +1 -1 Н2О2 Na2О2; · у атомов металлов первой группы главной подгруппы +1: +1 –2 +1 +1 –2 +1 LiOH NaOH; · у атомов металлов второй группы главной подгруппы +2: +2 –2 +1 +2 –1 Mg(OH)2 BaCl2; · у атомов алюминия +3: +3 –2 +3 -1 Al2O3 AlCl3 .
Учитывая эти правила, определим степень окисления атома фосфора х ¢ в дигидрогипофосфите калия и атома цинка х ² в его нитрате: +1 +1 Х ¢ -2 К Н2 Р О2 (+1) + 2(+1) + х ¢ + 2(-2) = 0, откуда х ¢ = +1;
Zn(NO3)2 - это соль азотной кислоты, заряд нитрат-иона в которой равен –1, следовательно ZnХ ²(NO3)2–1, откуда получим x ² + 2(-1) = 0 и x ² = +2.
Рассмотрим далее на примере реакции окисления железа кислородом основные понятия и принципы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций: Fe + O2 ® FeO . (17) Расставим вначале окислительные числа к атомам реагентов и продуктам реакции: 0 0 +2 -2 Fe + O2 ® FeO . Отдельно для атомов железа и кислорода запишем полуреакции изменения их степени окисления вследствие отдачи ими и принятия электронов: а) Fe ® Fe2+ + 2е (окисление) ; 0 +2 восстановитель
б) O2 + 4е ® 2O2- (восстановление) . 0 -2 окислитель Полуреакция (а) называется окислением. Вещества, атомы которых отдают электроны, называются восстановителями (Fe). В процессах окисления степень окисления атомов восстановителей возрастает ( в данном случае +2 > 0 ). Полуреакция (б) называется восстановлением. Вещества, атомы которых принимают электроны, называются окислителями (О2). В процессах восстановления степень окисления атомов окислителей уменьшается ( в данном случае –2 < 0 ). При написании полуреакций должны быть выполнены следующие принципы: во-первых, необходимо уравнять числа атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций (материальный баланс); во-вторых, необходимо уравнять суммарные числа зарядов в обеих частях каждой полуреакции; для этого прибавить к левой или правой частям полуреакций необходимое число электронов ( 0 = 0 в (а), - 4 = - 4 в (б)); в-третьих, подобрать множители для полуреакций так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении (электронный баланс). С учетом найденных множителей складываются полуреакции, а коэффициенты суммарной реакции ставятся в основную реакцию: множители а) Fe ® Fe2+ + 2е 2 0 +2 б) O2 + 4е ® 2O2- 1 0 -2 2Fe + O2 + 4е = 2Fe2+ + 4е + 2O2- . 0 0 +2 -2 2Fe + O2 ® 2FeO .
Типичными восстановителями являются металлы, а также некоторые неметаллы, такие как водород, углерод, кремний. Восстановительная способность атомов элементов в простых веществах, характеризуемая энергией ионизации, увеличивается в периодах справа налево, а в группах - сверху вниз. Например, калий является более активным восстановителем, чем кальций, так как расположен в одном и том же периоде левее его; барий - более сильный восстановитель, чем стронций, так как стоит в одной и той же группе ниже стронция (его энергия ионизации меньше). Восстановительными свойствами обладают анионы бескислородных кислот и их солей ( Cl-, Br -, I-, S2- ), атомы металлов и неметаллов в низших степенях окисления ( Fe2+, Cu+, Sn2+ и др. ) и гидриды металлов ( NaH, CaH2 и др. за счет иона Н- ). Окислительными свойствами обладают типичные неметаллы, например, галогены и кислород. Сравнить окислительную способность элементарных веществ можно по их расположению в таблице Менделеева. В пределах периодов окислительная способность, характеризуемая энергией сродства к электрону, нарастает слева направо, а в пределах групп – снизу вверх. Например, сера является более сильным окислителем, чем фосфор, так как расположена в периоде правее фосфора, а хлор – более сильный окислитель, чем бром, так как расположен выше него. Типичными окислителями являются кислородсодержащие кислоты и их соли: HМnO4, HNO3, HСlO4, H2SO4 (конц.), KСlO3 и т.д. В качестве окислителей могут выступать также протоны и катионы металлов в высших степенях окисления ( Н+, Fe3+, Sn4+ , Pb4+ и др. ). Следует отметить, что металлы окислительными свойствами не обладают. Состав продуктов восстановления окислителя зависит от активности восстановителя и концентраций окислителя и восстановителя. Так например, азотная кислота проявляет в реакциях окислительные свойства благодаря атому азота в степени окисления +5. В зависимости от условий протекания процессов продуктами реакций могут быть: концентрация кислоты +4 +2 +1 0 -3 NO2 NO N2O N2 NH3 активность восстановителя Чем менее активен восстановитель и выше концентрация кислоты, тем меньшее число электронов принимает окислитель. Некоторые соединения могут проявлять как окислительные свойства в случае взаимодействия с активными восстановителями, так и восстановительные свойства в случае взаимодействия с сильными окислителями. Как правило, это вещества, в составе которых находятся элементы переменной валентности, имеющие промежуточную степень окисления между высшим и низшим ее значениями. Например, вещества могут содержать атомы серы или марганца, обладающие различными окислительно-восстановительными свойствами, в следующих степенях окисления:
+6 +4 0 -2 S S S S +7 +6 +4 +2 0 Mn Mn Mn Mn Mn
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (243)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |