Окислительно-восстановительные реакции

Реакции, идущие с изменением степени окисления, называют окислительно-восстановительными. Под степенью окисления (n) понимают условный заряд атома, который вычисляется, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.

Окисление-восстановление – это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление – к ее понижению у окислителя. Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях: окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает. При этом не имеет значения, переходят ли электроны от одного атома к другому полностью.

Атом любого элемента в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) проявляет только окислительные свойства.

Окислителями могут быть:

1. нейтральные атомы неметаллов – S, Cl₂,F₂, Вr₂, O₂
2. атомы элементов в высшей положительной степени окисления – КМпО₄, Н₂СгО₄, концентрированная серная, азотная кислота

Восстановителями могут быть:

1. нейтральные атомы металлов и неметаллов – Н₂, С, Р, Si
2. атомы неметаллов в отрицательной степени окисления – Сl^-, Вr^-

Окислительно-восстановительная двойственность. Атомы элементов, имеющих промежуточную степень окисления, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства такие, как азотистая кислота HNO₂ и ее соли, Н₂O₂ – гидроксид водорода и т. п. При окислительно-восстановительных реакциях валентность атомов может и не меняться.

Валентность определяет число связей, образованных данным атомом, и поэтому знака не имеет. Степень же окисления имеет тот или иной знак.

Пример.

Определить степень окисления элементов в каждом веществе и расставить коэффициенты, используя метод электронного баланса, указать окислитель и восстановитель.
Реакция: H₂SO₃ + Cl₂ →  H₂SO₄ + НСl

Решение

1. Определим степень окисления элементов в реакции:

H₂⁺S⁺⁴O₃^-2 + Cl₂⁰ →  H₂⁺S⁺⁶O₃^-2 + H⁺Сl^- 

Видно, что в ходе реакции изменяется степень окисления: S⁺⁴ повышает степень окисления до S⁺⁶ (от +4 до +6), а Cl₂⁰ понижает степень окисления до Сl^- (от 0 до -1).

2. Запишем электронные уравнения и составим схему приема и отдачи электронов:

S⁺⁴ – 2е  → S⁺⁶  восстановитель (окисляется).

Cl₂⁰+2е → 2Сl^-  окислитель (восстановляется).

Найдем коэффициенты таким образом, чтобы число отданных и принятых электронов было одинаково:

1|2|S⁺⁴ – 2е  → S⁺⁶ 

1|2|Cl₂⁰+2е → 2Сl^-

3. Запишем суммарное уравнение реакций:

S⁺⁴ + Cl₂⁰ →  S⁺⁶+ 2Сl^- 

4. Проставим полученные коэффициенты в молекулярное уравнение реакции

H₂SO₃ + Cl₂ →  H₂SO₄ + 2НСl

5. Подсчитав число атомов водорода и кислорода, приходим к выводу, что в реакции должна участвовать молекула воды. Записываем окончательное уравнение реакции

H₂SO₃ + Cl₂ + H₂O →  H₂SO₄ + 2НСl