Определение степени окисления — КиберПедия 

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Определение степени окисления

2017-11-22 317
Определение степени окисления 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Определение (С.О.) атомов в веществах проводят, используя следующие правила:

1. Степень окисления элемента в простом веществе, например, в металле или в H2, N2, О2, О3 равна нулю.

2. Степень окисления элемента в виде одноатомного иона в соединении, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона, например: Na+1I–1, Mg+2Cl2–1, Al+3F3–1, Zr+4Br4–1.

3. В соединениях с ковалентными полярными связями отрицательный заряд относят к более электроотрицательному элементу, причем принимают следующие степени окисления:

а) для фтора С.О. = –1;

б) для кислорода в большинстве соединений обычно С.О. = –2, за исключением пероксидов, где С.О. = –1, надпероксидов (С.О. = –1/2), озонидов (С.О. = –1/3) и фторида кислорода (С.О. = +2);

в) для водорода С.О. = +1, за исключением солеобразных гидридов, например LiH, где С.О. = –1;

г) для щелочных и щелочноземельных металлов С.О. = +1 и +2 соответственно.

4. Алгебраическая сумма С.О. элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.

Понятие С.О. имеет условный характер, так как не отражает реальный эффективный заряд атома. Однако это понятие весьма широко используется в химии.

Многие элементы могут проявлять переменную С.О. в соединениях. В качестве примера рассчитаем С.О. азота в соединениях KNO2 и НNО3. Степень окисления водорода и щелочных металлов в соединениях равна +1, а С.О. кислорода равна –2. Соответственно С.О. азота равна:

KNO2: 1 + х + 2(–2) = 0,

х = +3;

HNO3: 1 + х + 3(–2) = 0,

х = +5.

Окисление и восстановление

Окислением называют процесс отдачи атомом, молекулой или ионом электронов. Частицы, отдающие электроны и повышающие свою степень окисления, называются восстановителями:

Al0 –3ē → Al+3,

2Cl –2ē → Cl20,

H20 –2ē → 2H+.

Восстановлением называют процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Частица, присоединяющая электроны и понижающая свою степень окисления, является окислителем:

S0 +2ē → S–2,

Fe+3 +1ē → Fe+2,

Cl20 +2ē → 2Cl.

Восстановителями могут быть:

1) молекулы металлов и неметаллов (Na, Al, Cr, H2, C, S);

2) отрицательно заряженные простые ионы (Cl, S2–);

3) атомы в состоянии промежуточных степеней окисления:

4) электрический ток на катоде.

Окислителями могут быть:

1) молекулы неметаллов;

2) атомы элемента в высшей положительной степени окисления;

3) атомы в состоянии промежуточных степеней окисления;

4) электрический ток на аноде.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Уравнения ОВР имеют сложный характер, и их составление представляет иногда трудную задачу. Предложены методы составления этих уравнений: метод электронного баланса, ионно-электронный метод (метод полуреакций).

Метод электронного баланса

Необходимо помнить основные правила составления уравнений методом электронного баланса:

а) сумма электронов, отдаваемых всеми восстановителями равна сумме электронов, принимаемых всеми окислителями;

б) число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения должно быть одинаково.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций легче провести в несколько стадий: 1) установление формул исходных веществ и продуктов реакции; 2) определение степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции; 3) определение числа электронов, отдаваемых восстановителем и принимаемых окислителем, и коэффициентов при восстановителях и окислителях; 4) определение коэффициентов при всех исходных веществах и продуктах реакции, исходя из баланса атомов в левой и правой частях уравнения.

8Na0 + 5H2+S+6O4–2 = 4Na2+S+6O4–2 + H2+S–2 + 4H2+O–2

Восстановитель 2Na0 –2ē → 2Na+  
Окислитель S+6 +8ē → S–2  

Обратите внимание на то, что при взаимодействии металлов с кислотами-окислителями (H2SO4(к), HNO3) последние не только восстанавливаются, но и расходуются на образование соли (без изменения степени окисления), поэтому перед формулой кислоты-окислителя ставится суммарный коэффициент. В нашем примере один атом S+6 восстановился до S–2, и еще четыре атома S+6 не изменили степени окисления, поэтому перед формулой H2SO4 коэффициент 5.

В тех случаях, когда в ОВР участвуют два восстановителя, входящих в состав одного вещества, и один окислитель или наоборот (несколько окислителей и один восстановитель), то суммируют все «отданные» или все «принятые» электроны, и лишь после этого находят дополнительные множители.

}
3As2+3S3–2 + 22H+N+5O3–2 = 6H3+As+5O4–2 + 9S+4O2–2 + 22N+2O–2 + 2H+2O–2

В-ли 2As+3 – 4ē ® 2As+5 3S2 − 18ē ® 3S+4 –22   Реакция межмолекулярного окисления-восстановления
Ок-ль N+5 + 3ē → N+2    

Ионно-электронный метод

Этот метод применяют для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций протекающих в растворах электролитов. В его основе лежит составление ионных уравнений для процесса окисления и процесса восстановления с последующим суммированием их в общее уравнение. При составлении ионных уравнений следует пользоваться правилами: формулы сильных электролитов записывать в виде ионов, а слабых электролитов, газов, осадков, – в виде молекул. В краткие уравнения не следует вносить ионы, не изменяющиеся в процессе реакции. Составление уравнений методом полуреакций предполагает учет роли частиц среды, в которой протекает реакция (Н+, ОН, Н2О). В приведенной ниже таблице 8.1 показано, какие процессы обычно имеют место в разных средах.

Таблица 8.1

Влияние среды на протекание ОВР

Среда В левой части полуреакции окисления или восстановления
избыток кислорода недостаток кислорода
Кислая На каждый избыточный O2– добавить 2Н+ На каждый недостающий O2– добавить одну Н2О
Нейтральная На каждый избыточный O2– добавить одну Н2О
Щелочная На каждый недостающий O2– добавить 2ОН

K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 → Cr2+3(SO4)3 + Na2SO4 + H2O + K2SO4

Напишем схему реакции в кратком ионном виде:

(Cr2+6O7)2– + SO32– + H2O → Cr23+ + SO42– + 2H+

Составим уравнения полуреакций с учетом влияния кислой среды (см. таблицу 8.1), найдем коэффициенты:

Cr2O72–+ 14H+ + 6ē → Cr+3 + 7H2O      
SO32– + H2O – 2ē → SO42– + 2H+      

Сложим почленно части уравнений полуреакций с учетом найденных коэффициентов, сократим одноименные слогаемые:

Допишим к ионнам краткого уравнения имеющиеся в реакции ионы с противоположным знаком:

В результате получим молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции.

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4H2O + K2SO4

Направление протекания окислительно-восстановительной реакции зависит от того, в какой среде она идет (кислой, нейтральной или щелочной). Так реакции восстановления перманганата марганца в кислой среде протекают с образованием соли марганца (II), в нейтральной среде - оксида марганца (IV), а в щелочной – соли марганцовистой кислоты (H2MnO4) – манганата:

Если к подкисленному серной кислотой раствору KMnO4, имеющему фиолетовую окраску, добавить восстановитель, например, K2SO3, то раствор обесцветится, т.к. образующиеся ионы марганца (II) очень слабо окрашены. Реакция выражается уравнением:

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O,

в ионной форме:

2MnO4 + 5SO32– + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42– + 3H2O.

В нейтральной среде реакция между этими веществами протекает с образованием бурого осадка оксида марганца (IV) по уравнению:

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2↓ + 3K2SO4 + 2KOH,

2MnO4 + 3SO32– + H2O = 2MnO2↓ + 3SO42– + 2OH.

В концентрированном растворе щелочи образуются ионы манганата, которые окрашивают раствор в зеленый цвет:

2MnO4 + SO32– + 2OH = 2MnO42– + SO42– + H2O.

8.4. Типы окислительно−восстановительных реакций

Рассмотренные примеры ОВР относятся к реакциям межмолекулярного окисления−восстановления. В этих реакциях имеется вещество окислитель и вещество − восстановитель.

В некоторых случаях один и тот же атом, молекула или ион играет роль и окислителя и восстановителя. Это процесс самоокисления-самовосстановления или диспропорционирования.

2Cl+4O2–2 + H2+O–2 = H+Cl+5O3–2 + H+Cl+3O2–2

Восстановитель Сl+4 – 1ē → Cl+5   реакция диспропорционирования
Окислитель Сl+4 + 1ē → Cl+3   (самоокисление-самовосстановление)

В данной реакции хлор претерпевает и окисление и восстановление.

В составе некоторых молекул могут находиться атомы-восстановители и атомы-окислители. Такие молекулы могут претерпевать внутримолекулярное окисление-восстановление.

N–3H4+N+5O3–2 N2+O–2 + H2+O–2

Восстановитель N–3 –4ē → N+1   Реакция внутримолекулярного окисления-восстановления
Окислитель N+5 +4ē → N+  

Здесь ион NH4+ окисляется, а ион NO3 восстанавливается.

В химических окислительно-восстановительных реакциях окисление и восстановление взаимосвязаны. Например, в реакции между цинком и солью меди восстановителем является цинк, он отдает свои электроны положительно заряженным ионам меди, которые являются окислителем. Медь осаждается на поверхности цинка, а ионы цинка переходят в раствор.

Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4

Zn0 –2ē = Zn2+ (окисление)

Cu2+ +2ē = Cu0 (восстановление)


Поделиться с друзьями:

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...

Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.022 с.