Химия
Окислительно-восстановительные реакции
Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения степени окислении атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Например, в реакции обмена ни один элемент в результате реакции не изменяет степени окисления:Н+1N+5О-23 + Na+1O-2H+1 -> Na+1N+5О-23 + Н+12О-2
Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окислеиия атомов реагирующих веществ. Например
2Н02 + О0 -> Н+12О-2
2К+1Сl+5O-23 -> 2К+1Сl-1 + 3O02
Реакции второго типа называются окислительно-восстановительными. Химические реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными. В окислительно-восстановительных реакциях всегда происходит присоединение или отдача электронов атомами элементов. Причем это единый взаимосвязанный процесс. Если атом, ион или молекула в процессе реакции отдают электроны, то они называются восстановителями, а сам процесс отдачи электронов — окислением. Например:
Al0 - 3e- -> Al+3
Fe+2 - 1e- -> Fe+3
В процессе окисления восстановитель повышает свою степень окисления. Если атом, ион или молекула в процессе реакции принимают электроны, то они называются окислителями, а сам процесс присоединения электронов — восстановлением. Например:
S0 + 2e- -> S-2
N+5 + 1e- -> N+4
В процессе восстановления окислитель понижает свою степень окисления. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов, входящих в состав соответствующих веществ. Атом того или иного элемента, находящийся в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства. Атом элемента в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, атомы металлов не могут присоединять электроны, они обладают только восстановительными свойствами. Поэтому металлы часто называют элементами-восстановителями. Для неметаллов более характерно присоединение электронов. Поэтому их часто называют элементами-окислителями. Наиболее сильный восстановитель — Франции (Fr) , а наиболее сильный окислитель — фтор (F). Процесс окисления всегда сопровождается процессом восстановления, и наоборот. Электроны не могут возникнуть ниоткуда и исчезнуть в никуда, поэтому: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединенных окислителем. Таким образом в процессе реакции будет соблюдаться электронный баланс. Это позволяет проводить подбор коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса. Взаимодействие алюминия с оксидами металлов происходит с образованием соответствующего свободного металла и оксида алюминия. Впервые этот метод восстановления металлов из их оксидов алюминием был применен русским ученым Бекетовым и получил название алюминотермии. Этот способ имеет большое практическое значение в промышленности для получения таких металлов, как хром, марганец, титан, вольфрам, а также неметалла — кремния. Разберем данные окислительно-восстановительные реакции на примере взаимодействия алюминия с оксидом хрома (III) Cr+32O3 + Al0 –> Cr0 + Al+32O3
Аl — восстановитель, так как отдает три электрона, повышая степень окисления от 0 до +3. Оксид хрома (III) — окислитель, так как содержит хром в степени окисления +3, который принимая три электрона, понижает степень окисления до 0. Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях, составленных методом электронного баланса:
Учтя количества атомов в исходных соединениях и продуктах реакции (удвоили Cr0 и Al0), видим, что количество отданных и принятых электронов одинаково, следовательно, коэффициенты равны 1. Окончательное уравнение реакция:
Коэффициенты 2 (а не 1) перед алюминием и хромом ставятся потому, что они уже стоят в электронных уравнениях. Взаимодействие азотной кислоты с медью. Для азотной кислоты характерны исключительно окислительные свойства, так как азот имеет высшую степень окисления +5. Важнейшим химическим свойством азотной кислоты является взаимодействие почти со всеми металлами, при этом никогда не выделяется водород. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью (слабый восстановитель) приводит к восстановлению ее до оксида азота (IV): 4NО + 5O3 + Cu0 –> Сu+2(NО3)2 + 2N + 4O2 + 2Н2O
N+5 + 1e- –> N+4 + 1e- | 2 окислитель Cu0 – 2e- –> Cu+2 – 2e- | 1 восстановитель
Коэффициент 4 (а не 2) перед азотной кислотой ставится потому, что учитываются еще две молекулы азотной кислоты, в которых азот, не изменяя степени окисления, образует молекулу нитрата меди (II). Взаимодействие разбавленной азотной кислоты с медью приводит к восстановлению ее до оксида азота (II): 8НN+3О3 + ЗCu0 -> ЗСu(NO3)2 + 2N+4O + 4Н2O
N+5 + 3e- –> N+2 + 3e- | 2 окислитель Cu0 – 2e- –> Cu+2 – 2e- | 3 восстановитель
При расстановке коэффициентов также учитывается количество азотной кислоты, пошедшее на образование трех молекул соли без изменения степени окисления.
Значение окислительно-восстановительных реакций. Они являются основой жизнедеятельности. С ними связаны процессы дыхания и обмена веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе. С их помощью получают многие ценные продукты (аммиак, щелочи, азотную, соляную, серную кислоты и т. д.). Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Они же лежат в основе мероприятий по охране природы.
| Вернуться в главное меню | |
|
Если Вам нужно решить задачи по химии, выполнить контрольную работу, написать реферат..., то Вам сюда |
Опыты для дома Химические опыты дома. Всем юным химикам рекомендуется. |
Поддержите сайт, поставте на нас ссылку. | |
| Пример ссылки | Код ссылки |
| Мир химии | |
| Выбрать другой баннер... | |
