Начальная школа

Русский язык

Литература

История России

Всемирная история

Биология

География

Математика

Окислительно-восстановительные реакции

 

khimРассмотрим окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в доменных печах при промышленном получении железа (точнее, чугуна) из железной руды:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.

Определим степени окисления атомов, входящих в состав как исходных веществ, так и продуктов реакции

+III –II

+II –II

0

+IV –II

Fe2O3

+

3CO

=

2Fe

+

3CO2.

Как видите, степень окисления атомов углерода в результате реакции увеличилась, степень окисления атомов железа уменьшилась, а степень окисления атомов кислорода осталась неизменной. Следовательно, атомы углерода в этой реакции подверглись окислению, то есть потеряли электроны (окислились), а атомы железа – восстановлению, то есть присоединили электроны (восстановились) (см. § 7.16). Для характеристики ОВР используют понятия окислитель и восстановитель.

0096index

Атомы-окислители – атомы, принимающие электроны в ходе данной ОВР.

 

Атомы-восстановители – атомы, отдающие электроны в ходе данной ОВР.

Таким образом, в нашей реакции атомами-окислителями являются атомы железа, а атомами-восстановителями – атомы углерода.

Вещество-окислитель – исходное вещество данной ОВР, содержащее атомы-окислители

 

Вещество-восстановитель – исходное вещество данной ОВР, содержащее атомы-восстановители.

В нашей реакции веществом-окислителем является оксид железа(III), а веществом-восстановителем – оксид углерода(II).

В тех случаях, когда атомы-окислители и атомы-восстановители входят в состав одного и того же вещества (пример: реакция 6 из предыдущего параграфа), понятия " вещество-окислитель" и " вещество-восстановитель" не используются.

Таким образом, типичными окислителями являются вещества, в состав которых входят атомы, склонные присоединять электроны (полностью или частично), понижая свою степень окисления. Из простых веществ это прежде всего галогены и кислород, в меньшей степени сера и азот. Из сложных веществ – вещества, в состав которых входят атомы в высших степенях окисления, не склонные в этих степенях окисления образовывать простые ионы: HNO3 (N+V), KMnO4 (Mn+VII), CrO3 (Cr+VI), KClO3 (Cl+V), KClO4 (Cl+VII) и др.

Типичными восстановителями являются вещества, в состав которых входят атомы, склонные полностью или частично отдавать электроны, повышая свою степень окисления. Из простых веществ это водород, щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Из сложных веществ – H2S и сульфиды (S–II), SO2 и сульфиты (S+IV), йодиды (I–I), CO (C+II), NH3 (N–III) и др.

В общем случае почти все сложные и многие простые вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например:

SO2 + Cl2 = S + Cl2O2 (SO2 – сильный восстановитель);

SO2 + C = S + CO2 (t) (SO2 – слабый окислитель);

C + O2 = CO2(t) (C – восстановитель);

C + 2Ca = Ca2C (t) (С – окислитель).

Вернемся к реакции, разобранной нами в начале этого параграфа.

+III -II

+II -II

0

+IV -II

Fe2O3

+

3CO

=

2Fe

+

3CO2.

Обратите внимание, что в результате реакции атомы-окислители (Fe+III) превратились в атомы-восстановители (Fe0), а атомы-восстановители (C+II) превратились в атомы-окислители (C+IV). Но CO2 в любых условиях очень слабый окислитель, а железо, хоть и является восстановителем, но в данных условиях значительно более слабым, чем CO. Поэтому продукты реакции не реагируют друг с другом, и обратная реакция не протекает. Приведенный пример является иллюстрацией общего принципа, определяющего направление протекания ОВР:

Окислительно-восстановительные реакции протекают в направлении образования более слабого окислителя и более слабого восстановителя.

Окислительно-восстановительные свойства веществ можно сравнивать только в одинаковых условиях. В некоторых случаях это сравнение может быть проведено количественно.

Выполняя домашнее задание к первому параграфу этой главы, вы убедились, что подобрать коэффициенты в некоторых уравнениях реакций (особенно ОВР) довольно сложно. Для упрощения этой задачи в случае окислительно-восстановительных реакций используют следующие два метода:

а) метод электронного баланса и

б) метод электронно-ионного баланса.

Метод электронного баланса вы изучите сейчас, а метод электронно-ионного баланса обычно изучается в высших учебных заведениях.

Оба эти метода основаны на том, что электроны в химических реакциях никуда не исчезают и ниоткуда не появляются, то есть число принятых атомами электронов равно числу электронов, отданных другими атомами.

Число отданных и принятых электронов в методе электронного баланса определяется по изменению степени окисления атомов. При использовании этого метода необходимо знать состав как исходных веществ, так и продуктов реакции.

Рассмотрим применение метода электронного баланса на примерах.

Пример 1Составим уравнение реакции железа с хлором. Известно, что продуктом такой реакции является хлорид железа(III). Запишем схему реакции:

Fe + Cl2 0095index FeCl3.

Определим степени окисления атомов всех элементов, входящих в состав веществ, участвующих в реакции:

0

0

+III –I

Fe

+

Cl2


FeCl3.

Атомы железа отдают электроны, а молекулы хлора их принимают. Выразим эти процессы электронными уравнениями:

Fe – 3e = Fe+III,

Cl2 + 2e = 2Cl–I.

Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, надо первое электронное уравнение умножить на два, а второе – на три:

2

3

Fe – 3e = Fe+III,

Cl2 + 2e = 2Cl–I

 

vopros

2Fe – 6e = 2Fe+III,

3Cl2 + 6e = 6Cl–I.

Введя коэффициенты 2 и 3 в схему реакции, получаем уравнение реакции:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3.

Пример 2Составим уравнение реакции горения белого фосфора в избытке хлора. Известно, что в этих условиях образуется хлорид фосфора(V):

0

0

+V –I

P4

+

Cl2

vopros

PCl5.

Молекулы белого фосфора отдают электроны (окисляются), а молекулы хлора их принимают (восстанавливаются):

P4 – 20e = 4P+V

Cl2 + 2e = 2Cl–I

vopros

1

10

2

20

P4 – 20e = 4P+V

Cl2 + 2e = 2Cl–I

vopros

P4 – 20e = 4P+V

10Cl2 + 20e = 20Cl–I

Полученные первоначально множители (2 и 20) имели общий делитель, на который (как будущие коэффициенты в уравнении реакции) и были разделены. Уравнение реакции:

P4 + 10Cl2 = 4PCl5.

Пример 3. Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге сульфида железа(II) в кислороде.

Схема реакции:

+II –II

0

+III –II

+IV –II

FeS

+

O2

vopros

Fe2O3

+

SO2.

В этом случае окисляются и атомы железа(II), и атомы серы(– II). В состав сульфида железа(II) атомы этих элементов входят в отношении 1:1 (см. индексы в простейшей формуле).

Электронный баланс:

4

Fe+II – e = Fe+III

S–II – 6e = S+IV

Всего отдают 7е

7

O2 + 4e = 2O–II

Уравнение реакции: 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2.

Пример 4. Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге дисульфида железа(II) (пирита) в кислороде.

Схема реакции:

+II –I

0

+III –II

+IV –II

FeS2

+

O2

vopros

Fe2O3

+

SO2.

Как и в предыдущем примере, здесь тоже окисляются и атомы железа(II), и атомы серы, но со степенью окисления – I. В состав пирита атомы этих элементов входят в отношении 1:2 (см. индексы в простейшей формуле). Именно в этом отношении атомы железа и серы вступают в реакцию, что и учитывается при составлении электронного баланса:

4

Fe+III – e = Fe+III

2S–I – 10e = 2S+IV

Всего отдают 11е

11

O2 + 4e = 2O–II

Уравнение реакции: 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.

Встречаются и более сложные случаи ОВР, с некоторыми из них вы познакомитесь, выполняя домашнее задание.

voskl znakАТОМ-ОКИСЛИТЕЛЬ, АТОМ-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, ВЕЩЕСТВО-ОКИСЛИТЕЛЬ, ВЕЩЕСТВО-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА, ЭЛЕКТРОННЫЕ УРАВНЕНИЯ.

vopros1.Составьте электронный баланс к каждому уравнению ОВР, приведенному в тексте § 1 этой главы.

2.Составьте уравнения ОВР, обнаруженных вами при выполнении задания к § 1 этой главы. На этот раз для расстановки коэффициентов используйте метод электронного баланса. 3.Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие следующим схемам: а) Na + I2 vopros NaI;

б) Na + O2 vopros Na2O2;

в) Na2O2 + Na vopros Na2O;

г) Al + Br2 vopros AlBr3;

д) Fe + O2 vopros Fe3O4 (t);

е) Fe3O4 + H2 vopros FeO + H2O (t);

ж) FeO + O2 vopros Fe2O3 (t);

и) Fe2O3 + CO vopros Fe + CO2 (t);

к) Cr + O2 vopros Cr2O3 (t);

л) CrO3 + NH3vopros Cr2O3 + H2O + N2 (t);

м) Mn2O7 + NH3 vopros MnO2 + N2 + H2O;

н) MnO2 + H2vopros Mn + H2O (t);

п) MnS + O2 vopros MnO2 + SO2 (t)

р) PbO2 + CO vopros Pb + CO2 (t);

с) Cu2O + Cu2Svopros Cu + SO2 (t);

т) CuS + O2vopros Cu2O +SO2 (t);

у) Pb3O4 + H2 Pb + H2O (t).

 

Поиск

Информатика

Физика

Химия

Педсовет

Классному руководителю

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru