Типичные окислители и восстановители

ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

 

 

Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневных, вечерних и заочных форм обучения

 

Нижний Новгород 2012

Составители: А.Д. Самсонова, А.Л.Галкин, Т.В.Сазонтьева

 

УДК 54 (07)

 

Окислительно-восстановительные реакции: методические указания к лабораторным и практическим занятиям по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей дневных, вечерних и заочных форм обучения/ НГТУ им. Р.Е. Алексеева сост.: А.Д. Самсонова, А.Л.Галкин,Т.В.Сазонтьева. Н.Новгород, 2012. 36 с.

 

Предложены теоретическая часть, вопросы и задачи для домашних и практических занятий, а также описание лабораторных работ по теме «Окислительно-восстановительные реакции»

 

Научный редактор Паничева Г.А.

 

Редактор Э. Б. Абросимова

 

Подп. к печ. 10.09.2012 Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 2,25. Уч.-изд. л.. Тираж 1500 экз. Заказ

Нижегородский государственный технический университет

Типография НГТУ. 603950, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

 

© Нижегородский государственный технический

университет, им. Р.Е. Алексеева, 2012

Теоретическая часть

ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Химические реакции можно разделить на два типа. К первому относятся реакции, которые идут без изменения степени окисления атомов реагирующих веществ. В таких реакциях взаимодействие электронных оболочек у реагирующих частиц сводится к образованию общих молекулярных орбиталей. Все электроны остаются общей принадлежностью этих частиц, между которыми возникает ковалентная связь.

Ко второму типу относятся реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов реагирующих веществ. В таких реакциях столкновение частиц сопровождается переходом электронов от одного из реагентов к другому. Эти реакции получили название «ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ». В отечественной литературе часто используется сокращение ОВР, а в иностранной REDOX от латинских восстановление-окисление. Окислительно-восстановительная реакция – это единый процесс, состоящий из двух полуреакций: полуреакции окисления и полуреакции восстановления, которые идут одновременно.

Окисление – это процесс потери электронов атомом, молекулой или ионом.

Восстановление – это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Частица, отдающая свои электроны, в ходе реакции окислятся. Ее принято называть ВОССТАНОВИТЕЛЕМ (обозначим ее как ВОС):

ВОС - n → продукт окисления (окисленная форма).

Частица, которая эти электроны присоединяет, в ходе реакции восстанавливается. Ее принято называть ОКИСЛИТЕЛЕМ (обозначим ее как ОК):

ОК + n → продукт восстановления (восстановленная форма).

Например, в реакции + → +

- 2 → (полуреакция окисления)

Восстановитель окисленная форма

+2 = → (полуреакция восстановления)

Окислитель восстановленная форма

 

Окислительно-восстановительные реакции очень широко распространены в природе. К ним относятся реакции фотосинтеза у растений, дыхание живых организмов, процессы горения и коррозии металлов и многие другие.

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ

Для характеристики окислительно-восстановительной способности частиц важное значение имеет такое понятие, как степень окисления. СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ – это заряд, который мог бы возникнуть у атома в молекуле или ионе, если бы все его связи с другими атомами оказались разорваны, а общие электронные пары ушли с более электроотрицательными элементами.

В отличие от реально существующих зарядов у ионов, степень окисления показывает лишь условный заряд атома в молекуле. Она может быть отрицательной, положительной и нулевой. Например, степень окисления атомов в простых веществах равна «0» (, , , ). В химических соединениях атомы могут иметь постоянную степень окисления или переменную. У металлов главных подгрупп I, II и III групп Периодической системы в химических соединениях степень окисления, как правило, постоянна и равна соответственно Ме⁺¹, Ме⁺² и Ме⁺³ (Li⁺, Ca⁺², Al⁺³). У атома фтора всегда -1. У хлора в соединениях с металлами всегда -1. В подавляющем числе соединений кислород имеет степень окисления -2 (кроме пероксидов, где его степень окисления -1), а водород +1(кроме гидридов металлов, где его степень окисления -1).

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю, а в ионе – заряду иона. Эта взаимосвязь позволяет рассчитывать степени окисления атомов в сложных соединениях.

В молекуле серной кислоты H₂SO₄ атом водорода имеет степень окисления +1, а атом кислорода -2. Так как атомов водорода два, а атомов кислорода четыре, то мы имеем два «+» и восемь «-». До нейтральности не хватает шесть «+». Именно это число и является степенью окисления серы - . Молекула дихромата калия K₂Cr₂O₇ состоит из двух атомов калия, двух атомов хрома и семи атомов кислорода. У калия степень окисления всегда +1, у кислорода -2. Значит, мы имеем два «+» и четырнадцать «-». Оставшиеся двенадцать «+» приходятся на два атома хрома, у каждого из которых степень окисления равна +6 ().

ТИПИЧНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ И ВОССТАНОВИТЕЛИ

Из определения процессов восстановления и окисления следует, что, в принципе, в роли окислителей могут выступать простые и сложные вещества, содержащие атомы, которые находятся не в низшей степени окисления и поэтому могут понижать свою степень окисления. Аналогично в роли восстановителей могут выступать простые и сложные вещества, содержащие атомы, которые находятся не в высшей степени окисления и поэтому могут повышать свою степень окисления.

К наиболее сильным окислителям относятся:

1) простые вещества, образуемые атомами, имеющими большую электроотрицательность, т.е. типичные неметаллы, расположенные в главных подгруппах шестой и седьмой групп периодической системы: F, O, Cl, S (соответственно F₂, O₂, Cl₂, S);

2) вещества, содержащие элементы в высших и промежуточных

положительных степенях окисления, в том числе в виде ионов, как простых, элементарных (Fe³⁺), так и кислородосодержащих, оксоанионов (перманганат-ион - MnO₄^-);

3) перекисные соединения.

Конкретными веществами, применяемыми на практике в качестве окислителей, являются кислород и озон, хлор, бром, перманганаты, дихроматы, кислородные кислоты хлора и их соли (например, , , ), азотная кислота (), концентрированная серная кислота (), диоксид марганца (), пероксид водорода и пероксиды металлов (, ).

К наиболее сильным восстановителям относятся:

1)простые вещества, атомы которых имеют низкую электроотрицательность («активные металлы»);

2) катионы металлов в низжих степенях окисления (Fe²⁺);

3) простые элементарные анионы, например, сульфид-ион S^2-;

4) кислородосодержащие анионы (оксоанионы), соответствующие низшим положительным степеням окисления элемента (нитрит , сульфит ).

Конкретными веществами, применяемыми на практике в качестве восстановителей, являются, например, щелочные и щелочноземельные металлы, сульфиды, сульфиты, галогенводороды (кроме HF), органические вещества – спирты, альдегиды, формальдегид, глюкоза, щавелевая кислота, а также водород, углерод, моноксид углерода () и алюминий при высоких температурах.

В принципе, если в состав вещества входит элемент в промежуточной степени окисления, то эти вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Все зависит от

«партнера» по реакции: с достаточно сильным окислителем оно может реагировать как восстановитель, а с достаточно сильным восстановителем – как окислитель. Так, например, нитрит-ион NO₂^- в кислой среде выступает в роли окислителя по отношению к иону I^-:

2 + 2 + 4 HCl→ + 2 + 4KCl + 2H₂O

и в роли восстановителя по отношению к перманганат-иону MnO₄^-

5 + 2 + 3H₂SO₄ → 2 + 5 + K₂SO₄ + 3H₂O

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: