Метод электронных уравнений

 

Реакции, которые сопровождаются изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

Отдача атомом электронов, которая сопровождается повышением его степени окисления, называется процессом окисления. Вещество, в состав которого входит окисляющийся элемент, называется восстановителем.

Например, Na⁰ -1e = Na⁺ - процесс окисления; Na - восстановитель

Присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисления, называется восстановлением. Вещество, в состав которого входит восстанавливающийся элемент, называется окислителем.

Например, Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺² – процесс восстановления; Mn⁺⁷ – окислитель.

ОКИСЛИТЕЛИ

Окислительные свойства проявляют соединения, в состав которых входят атомы элемента в высшей степени окисления (высшая степень окисления элементов соответствует номеру группы ПСЭ):

1) Кислородсодержащие кислоты и их соли, в которых кислотообразующий элемент находится в высшей степени окисления (H₂SO₄, HNO₃, KMnO₄, K₂Cr₂O₇).

2) Ионы металлов в высшей степени окисления (Fe⁺³, Cr⁺⁶, Mn⁺⁷).

Также к окислителям относятся простые вещества - типичные неметаллы, О₂, галогены в свободном виде (F₂, Cl₂, Br₂).

 

 

ВОССТАНОВИТЕЛИ

Восстановительные свойства проявляют соединения, в состав которых входят атомы элемента в низшей степени окисления (для металлов низшая степень окисления соответствует номеру группы ПСЭ; для неметаллов с.о.=№гр.ПСЭ – 8):

. 1) Бескислородные кислоты и их соли, в молекулах которых носителями восстановительных свойств являются анионы (HCl, HJ, Na₂S).

2) Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов содержащие ион водорода Н^- (NaH, CaH₂).

Также типичными восстановителями являются простые вещества: металлы (IА группа, IIА группа), Н₂, С (в виде угля или кокса), Р, Si

 

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ДВОЙСТВЕННОСТЬ

Атом элемента, находящийся в промежуточной степени окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Например, Fe⁺² -1e = Fe⁺³; ион Fe⁺² проявляет восстановительные свойства.

Fe⁺² +2e = Fe⁰; ион Fe⁺² проявляет окислительные свойства.

 

Все окислительно-восстановительные реакции можно разделить на три типа:

1) Межмолекулярное окисление-восстановление – реакции, в которых обмен электронами происходит между разными молекулами или ионами, при этом, одно вещество является окислителем, а другое – восстановителем. Например,

2K Mn O₄+ 5H₃ P O₃ +3H₂SO₄ = 2 Mn SO₄+5H₃ P O₄+K₂SO₄+3H₂O

восстановитель 5| Р⁺³ - 2е = Р⁺⁵, процесс окисления

окислитель 2| Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺², процесс восстановления

2) Внутримолекулярное окисление-восстановление – реакции, в которых окислительные и восстановительные свойства проявляют атомы, входящие в состав одного и того же вещества. Например,

2K ClO ₃ = 3 O ₂ + 2K Cl

окислитель 2| Cl⁺⁵ +6e = Cl^-, процесс восстановления

восстановитель 3| 2О^-2 – 4е = О₂, процесс окисления

3) Самоокисление-самовосстановление (диспропорционирование) – реакции, в которых восстановителем и окислителем является элемент с переменной (промежуточной) степенью окисления, входящий в состав одного и того же вещества. Например,

4H₃ Р О₃ = 3Н₃ Р О₄ + Р Н₃

восстановитель 3| Р⁺³ – 2е = Р⁺⁵, процесс окисления

окислитель 1| Р⁺³ + 6е = Р^-3, процесс восстановления

 

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций применяют метод электронного баланса, который выводят: а) из электронных уравнений; б) из электронно-ионных уравнений.

Метод электронных уравнений

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций этим методом рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1. Запишите схему реакции с указанием исходных и образующихся веществ, определите элементы, которые изменяют в результате реакции степень окисления, найдите окислитель и восстановитель.

2. Составьте электронные уравнения исходя из того, что окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает.

3. Подберите множители (основные коэффициенты) для электронных уравнений так, чтобы число электронов, отданных при окислении, было равно числу электронов, полученных при восстановлении.

4. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

ПРИМЕР 3: Составить уравнение реакции восстановления оксида железа (III) углеродом. Реакция протекает по схеме:

Fe₂O₃ + C → Fe + CO

Решение: Железо восстанавливается, понижая степень окисления от +3 до 0; углерод окисляется, его степень окисления повышается от 0 до +2.

Составим схемы этих процессов.

восстановитель 1| 2Fe⁺³ + 6e = 2Fe⁰, процесс окисления

окислитель 3| C⁰ -2e = C⁺², процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителем. Найдя наименьшее общее кратное между числами 2 и 6, определяем, что молекул восстановителя должно быть три, а молекул окислителя - две, т.е. находим соответствующие коэффициенты в уравнении реакции перед восстановителем, окислителем и продуктами окисления и восстановления.. Уравнение будет иметь вид:

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO