Химия - Новый полный справочник для подготовки к ОГЭ - 2018 год

Окислительно-восстановительные реакции. Окислители и восстановители

Окислительно-восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Именно окислительно-восстановительные реакции лежат в основе жизнедеятельности организма, с ними связаны процессы дыхания и обмена веществ в живых организмах, фотосинтез в растениях, их используют для получения металлов, кислот, солей и других ценных продуктов. Реакции электролиза и коррозии также относятся к окислительно-восстановительным. Наконец, эти реакции лежат в основе работы гальванических элементов, аккумуляторов и топливных элементов, превращающих химическую энергию в электрическую.

Окисление с точки зрения электронной теории — процесс отдачи электронов атомами, молекулами или ионами:

При окислении степень окисления элемента повышается.

Восстановление — процесс присоединения электрона атомом, молекулой или ионом:

При восстановлении степень окисления элемента понижается.

Восстановитель — элемент, отдающий электроны (или вещество, содержащее такой элемент). Восстановитель в ходе реакции окисляется.

Окислитель — элемент, принимающий электроны (или вещество, содержащее такой элемент). Окислитель в ходе реакции восстанавливается.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Все окислительно-восстановительные реакции принято делить на четыре типа.

1. Реакции межмолекулярного окисления-восстановления. В подобных реакциях восстановитель и окислитель — разные химические элементы, находящиеся в разных реагентах, например:

2. Реакции внутримолекулярного окисления и восстановления. В этих реакциях окислитель и восстановитель — разные химические элементы, но входящие в состав одного вещества, например:

3. Реакции диспропорционирования. Так называются реакции, в которых и окислитель, и восстановитель — один и тот же химический элемент, входящий в состав одного вещества:

Здесь хлор в степени окисления 0 является и окислителем (понижая степень окисления до -1), и восстановителем (повышая степень окисления до +5). Недаром раньше подобные реакции называли реакциями самоокисления-самовосстановления.

4. Реакции сонропорционирования*. Реакции сопропорционирования являются обратными по отношению к реакциям диспропорционирования и являются частным случаем реакций межмолекулярного окисления-восстановления. Примером такой реакции может быть взаимодействие хлорида аммония и нитрита натрия, лежащее в основе лабораторного способа получения азота:

Типичные восстановители и окислители

К типичным восстановителям могут быть отнесены:

— простые вещества — металлы (наиболее сильные восстановители из них — щелочные и щелочноземельные);

— некоторые простые вещества — неметаллы (например, водород и углерод);

— производные элементов в низших или невысоких степенях окисления (например, H₂S, SO₂, СО, СН₄, HI, NH₃, H₃PO₃, SnCl₂, FeCl₂);

— многие органические соединения (альдегиды, спирты, муравьиная и щавелевая кислоты, глюкоза).

К типичным окислителям относятся:

— галогены;

— кислород O₂, озон О₃, пероксиды (Н₂O₂);

— производные элементов в высшей или достаточно высокой степени окисления (например, КМnO₄, K₂Cr₂O₇, HN0₃, РbO₂);

— кислородные соединения галогенов (Сl₂O, СlO₂, КСlO, КСlO₃).

Очевидно, что элемент в высшей степени окисления может проявлять только окислительные свойства, в то время как элемент в низшей степени окисления — только восстановительные. Производные в промежуточной степени окисления могут быть как окислителями, так и восстановителями, например:

Видно, что в первой реакции железо(III) проявляет свойства окислителя и восстанавливается до железа(II), в то время как во второй — свойства восстановителя, окисляясь до железа(VI).

Подбор коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций

Для подбора коэффициентов в сложных уравнениях окислительно-восстановительных реакций на первых порах используют в основном метод электронного баланса. Его суть заключается в том, что число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Покажем на примере, как это можно сделать.

Пусть необходимо расставить коэффициенты в уравнении реакции, схема которой:

1. Находим элементы, изменившие степень окисления. В данном примере это фосфор и азот.

Элемент	Степень окисления	Степень окисления
	в исходных веществах	в продуктах
Р	0	+5
N	+5	+2

2. Атом фосфора в степени окисления 0 в ходе реакции превращается в фосфор в степени окисления +5, отдавая 5 электронов. Атом азота в степени окисления +5 превращается в азот в степени окисления +2, принимая 3 электрона. Сказанное кратко записываем в виде схемы:

Следовательно, фосфор (0) — восстановитель, азот (+5) — окислитель:

3. Для того чтобы число электронов, отданных фосфором(0), было бы равно числу электронов, принятых азотом(+5), необходимо всю первую строчку умножить на 3, а вторую на 5:

4. Найденные главные коэффициенты переносим в схему реакции:

5. Подсчёт числа атомов водорода показывает, что в левой части уравнения имеется 5 атомов водорода, а в правой — 9. Следовательно, в левую часть уравнения необходимо добавить 4 атома водорода. Сделать это можно, только добавив в левую часть 2 молекулы воды:

6. Окончательная проверка правильности расставленных коэффициентов проводится по числу атомов кислорода: и в левой части уравнения, и в правой части уравнения одинаковое число атомов кислорода (17), что говорит о правильности подбора коэффициентов.

Задания

Часть 1

К каждому из заданий части 1 даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный.

1. К окислительно-восстановительным относится реакция: