Важнейшие восстановители и окислители

 

Металлы обладают восстановительными свойствами, так как атомы большинства из них содержат на внешнем энергетическом уровне 1–2 электрона. В химических реакциях металлы отдают валентные электроны, т. е. окисляются.

В периодах Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с увеличением порядкового (атомного) номера элемента восстановительные свойства электронейтральных атомов – простых веществ – уменьшаются, а окислительные – увеличиваются, достигая максимума у галогенов.

В главных подгруппах (А-группах) с повышением порядкового номера химического элемента восстановительные свойства электронейтральных атомов – атомов простых веществ – увеличиваются и ослабевают окислительные.

В побочных подгруппах (В-группах) электронейтральные атомы химических элементов содержат на внешнем энергетическом уровне 1-2 электрона и проявляют восстановительный характер. Простые вещества этих элементов являются металлами. Восстановительные или окислительные свойства сложных веществ определяются атомом элемента, который меняет степень окисления. Например, рассмотрим ряд соединений хрома: , , и . В дихромате калия К₂Сr₂О₇ атом хрома имеет максимальную степень окисления и не может отдавать электроны, но может их принимать, следовательно, атом хрома может быть только окислителем. В оксиде хрома CrO степень окисления атома хрома минимальна, и атом хрома может быть только восстановителем.

Также окислителями являются сложные анионы, в состав которых входят атомы с высокой степенью окисления: , , и т. п. Элементарные (простые) анионы проявляют только восстановительные свойства: , , и т. п.

Таблица 2

Важнейшие окислители и восстановители

Восстановители	Металлы, Н2, уголь, СО, Н2S, SО2, Н2SО3 и её соли, НI, НВr, НС1, SnС12, FеSО4, МnSО4, Сr2(SО4)3, НNО2, NН3, N2Н4 (гидразин), Н3РО3, альдегиды RCHO, спирты RОН, муравьиная НСООН и щавелевая (СООН)2 кислоты, глюкоза С6Н12О6, катод (при электролизе)
Окислители	Галогены, КМnО4, К2МnО4, МnО2, К2Сr2O7, К2СrO4, НNO3, O2, O3, Н2O2, Н2SО4, СuО, Аg2О, РbО2, FеС13, гипохлориты (КСlO), хлораты (КСlO3 – бертоллетова соль) и перхлораты (КСlO4), царская водка – смесь концентрированных азотной и хлороводородной (соляной) кислот (при слиянии), анод (при электролизе)

СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ.

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций применяются метод электронного баланса и метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций). Единый принцип этих методов: общее число электронов, присоединяемых окислителем, равно общему числу электронов, отдаваемых восстановителем.

Метод полуреакций применим только для окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах.

Метод электронного баланса является более универсальным.

 

МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА

 

1. Записывают схему реакции. Например:

 

Н₂S + SО₂ → S + Н₂О.

 

2. Определяют степени окисления атомов химических элементов и находят элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

 

.

 

Правила определения степени окисления атомов элементов • атомы элементов в простых веществах (К, H2, Вr2 O2, O3, S8) имеют нулевую степень окисления; • в простых ионах степень окисления атомов элементов равна их заряду (K+, Ca2+, Al3+, Сl-, S2- ); • атомы элементов-металлов в сложных веществах имеют положительную степень окисления; • атомы водорода в большинстве сложных веществ имеют степень окисления +1, за исключением гидридов металлов (Na , Сa , Al , NaB . LiAl ;) • атомы кислорода в сложных веществах имеют степень окисления –2, за исключением: , пероксидов (, , , ); • в формульных единицах молекул и др. веществ, за исключением сложных ионов, алгебраическая сумма степеней окисления атомов элементов с учётом их числа равна нулю; • в сложных ионах алгебраическая сумма степеней окисления атомов элементов с учётом их числа равна их заряду Примеры: 3(+1) + х + 4(–2) = 0 х = + 5 ; [ N H4 ]+ х +4(+1)= +1 х = − 3 [N H3 ]+ х + 4(–1) = –1 x = +3 .

 

3. Записывают электронные уравнения полуреакций восстановления и окисления.

 

– процесс окисления;

восстановитель

– процесс восстановления.

окислитель

 

 

Мнемоническое[65] правило

 

4. Определяют основные стехиометрические коэффициенты при формулах окислителя и восстановителя. Для соблюдения принципа равенства количества принятых и отданных электронов вводят дополнительные множители, устанавливающие электронный баланс. Эти множители находятся по правилу определения наименьшего общего кратного и представляют собой стехиометрические коэффициенты при формулах окислителя и восстановителя. Так как в рассматриваемом примере в процессе окисления участвует 2 электрона, а в процессе восстановления – 4 электрона, наименьшее общее кратное будет равно 2. Поэтому коэффициенты перед формулами восстановителя и его окисленной формой будут равны 2:

 

 

5. Согласно закону сохранения массы расставляют стехиометри-ческие коэффициенты в схеме реакции:

 

2Н₂S + SО₂ = 3S + 2Н₂О.

 

6. Проверяют число символов атомов водорода в обеих частях схемы, и если необходимо, то уравнивают их при помощи стехиометрических коэффициентов.

 

7. Окончательно правильность всех стехиометрических коэф-фициентов проверяют по числу символов атомов кислорода в левой и правой частях схемы. В уравнении реакции они должны быть равны.

 

Нередко встречаются процессы, в которых восстановитель одновременно выполняет функции солеобразователя. Например, взаимодействие хлороводородной (соляной) кислоты с дихроматом калия:

 

;

 

– процесс окисления.

восстановитель

 

В уравнении полуреакции окисления появляется множитель 2 перед символом атома хлора, так как в правой его части находится химическая формула молекулярного хлора, состоящая из символов двух атомов.

 

– процесс восстановления.

окислитель

 

Множитель 2 в полуреакции восстановления появляется потому, что исходным веществом является формульная единица которого содержит 2 атома хрома.

Поскольку наименьшее общее кратное в данном случае равно 6, то 1 моль К₂Сr₂О₇ расходуется на окисление 6 моль НСl:

 

6НС1 + К₂Сr₂О₇ → 3С1₂ + 2СrСl₃ + 2КСl + Н₂О.

 

Но хлороводородная кислота расходуется также и на образование солей: хлоридов хрома СrСl₃ и калия КСl. Так как стехиометрические индексы перед атомами К и Сr в исходном дихромате калия равны 2, то расчёт показывает, что на образование 2 моль СrСl₃ идёт 6 моль НС1 и на образование 2 моль КС1 идёт 2 моль НС1, т. е. в общем 8 моль НС1:

 

14(6 + 8)НСl + К₂Сr₂О₇ → 3С1₂ + 2СrС1₃ + 2КС1 + Н₂О.

 

После уравнивания количества символов атомов водорода в левой и правой частях схемы получаем уравнение реакции:

 

14НСl + К₂Сr₂О₇ = 3С1₂ + 2СrС1₃ + 2КС1 + 7Н₂О,

 

правильность которого проверяем подсчётом символов атомов кислорода

в обеих его частях.