Общая химия. Учебное пособие

Главная  ->  Образование  ->  Учебные материалы  ->  Пособие "Общая химия"

Электронный читальный зал Поиск по сайту:

6  ОКИСЛИТЕЛЬНО–ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

6.1  ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ. СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

Окислительно-восстановительными называют процессы, которые, в отличие от реакций обмена, сопровождаются смещением электронов от одних свободных или связанных атомов к другим. Поскольку в таких случаях имеет значение не степень смещения, а только число смещенных электронов, то принято условно считать смещение всегда полным и говорить об отдаче или смещении электронов.

Если атом или ион элемента отдает или принимает электроны, то в первом случае степень окисления элемента повышается, и он переходит в окисленную форму (ОФ), а во втором – понижается, и элемент переходит в восстановленную форму (ВФ). Обе формы составляют сопряженную окислительно-восстановительную пару. В каждой окислительно-восстановительной реакции участвуют две сопряженные пары. Одна из них соответствует переходу окислителя, принимающего электроны, в его восстановленную форму (ОФ1ВФ1), а другая – переходу восстановителя, отдающего электроны, в его окисленную форму (ВФ2ОФ2), например:

                                                Cl2 + 2 I 2 Cl + I2

                                               ОФ1   ВФ1     ВФ2    ОФ2

(здесь Cl2 – окислитель, I – восстановитель)

Таким образом, одна и та же реакция всегда является одновременно процессом окисления восстановителя и процессом восстановления окислителя.

Коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций могут быть найдены методами электронного баланса и электронно-ионного баланса. В первом случае число принятых или отданных электронов определяется по разности степеней окисления элементов в исходном и конечном состояниях. Пример:

HN5+O3 + H2S2– N2+O + S + H2O

В этой реакции степень окисления меняют два элемента: азот и сера. Уравнения электронного баланса:

N5+ + 3e N2+   2
S2– – 2e S0   3

Справа от вертикальной черты ставятся коэффициенты, уравнивающие число принятых и отданных электронов. Найденные коэффициенты переносятся в уравнение реакции:

2 HNO3 + 3 H2S 2 NO + 3 S + 4 H2O

Уравнения электронного баланса формальны и не дают представления о характере частиц, реально существующих и взаимодействующих в растворах. Этого недостатка лишен метод электронно-ионного баланса, который называется также методом полуреакций. В этом случае во внимание принимаются не отдельные атомы, а частицы, в состав которых они входят:

NO3 + 4H+ + 3e NO + 2 H2O   2
H2S – 2e S + 2 H+   3

Доля диссоциированных молекул H2S незначительнаСероводород в водном растворе является слабым электролитом и почти не диссоциирует на ионы., поэтому в уравнение подставляется не ион S2–, а молекула H2S. Вначале уравнивается баланс частиц. При этом в кислой среде для уравнивания используются ионы водорода, добавляемые к окисленной форме, и молекулы воды, добавляемые к восстановленной форме. Затем уравнивается баланс зарядов, и справа от черты указываются коэффициенты, уравнивающие количество отданных и принятых электронов. После этого внизу записывается суммарное уравнение с учетом коэффициентов:

NO3 + 4H+ + 3e NO + 2 H2O   2
H2S – 2e S + 2 H+   3
2 NO3 + 8 H+ + 3 H2S 2 NO + 4 H2O + 3 S + 6 H+

2 NO3 + 2 H+ + 3 H2S 2 NO + 4 H2O + 3 S

В суммарном уравнении исключается равное число одинаковых частиц, находящихся как в левой, так и в правой части равенства. Таким образом получается ионно-молекулярное уравнение реакции, от которого легко перейти к молекулярному.

В щелочной среде баланс частиц уравнивается ионами OH, добавляемыми к восстановленной форме, и молекулами воды, добавляемыми к окисленной форме. Например:

NaNO2 + KMnO4 + KOH NaNO3 + K2MnO4 + H2O

NO2 + 2 OH – 2e NO3 + H2O   1
MnO4 + e MnO42–   2
NO2 + 2 OH + 2 MnO4 NO3 + H2O + 2 MnO42–

Получили сокращенное ионно-молекулярное уравнение. Добавив к нему ионы Na+ и K+, получим аналогичное уравнение в полной форме, а также молекулярное уравнение:

NaNO2 + 2 KMnO4 + 2 KOH NaNO3 + 2 K2MnO4 + H2O

В нейтральной среде баланс частиц уравнивается путем добавления молекул воды в левую часть полуреакций, а в правую часть добавляются ионы H+ или OH:

I2 + Cl2 + H2O HIO3 + HCl

Исходные вещества не являются кислотами или основаниями, поэтому в начальный период протекания реакции среда в растворе близка к нейтральной. Уравнения полуреакций:

I2 + 6 H2O + 10e 2 IO3 + 12 H+     1
Cl2 + 2e 2 Cl   5
I2 + 5 Cl2 + 6 H2O 2 IO3 + 12 H+ + 10 Cl

Уравнение реакции в молекулярной форме:

                   I2 + 5 Cl2 + 6 H2O 2 HIO3 + 10 HCl.

К следующему разделу

К оглавлению


©  А.И. Хлебников, И.Н. Аржанова, О.А. Напилкова

 


 

Яндекс цитирования