Все химические реакции можно разделить на два типа.

– к пер­вому типу относятся реакции, которые идут без изменения сте­пени окисления атомов реагирующих веществ. Это реакции об­мена и некоторые реакции соединения и разложения. Напри­мер:

 

 

В этих случаях степень окисления каждого из атомов до и по­сле реакции остается без изменения.

– ко второму типу относятся реакции, которые идут с изме­нением степени окисления атомов реагирующих веществ.

Окислительно-восстановительная реакция (ОВР) −это единый процесс, состоящий из двух разных полуреакций: полуреакции окисления и полуреакции восстановления, которые идут одновременно.

Окисление − это процесс потери электронов атомом, молекулой или ионом. Восстановление − это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Окислителем называется вещество, атомы, молекулы или ионы которого присоединяют электроны:

Окислитель восстанавливается в процессе восстановления.

Восстановителем называется вещество, атомы, молекулы или ионы которого отдают электроны:

Восстановитель окисляется в процессе окисления.

Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Таким образом, окислитель принимает электроны и восстанавливается, а восстановитель отдаёт электроны и окисляется. Разумеется, что в любой окислительно-восстановительной реакции число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Атомы в высшей степени окисления могут быть только окислителями.

Атомы в низшей степени окисления могут быть только восстановителями.

№14

Типы окислительно-восстановительных реакций:

Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:

Н2S + Cl2 → S + 2HCl

Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:

2H2O → 2H2 + O2

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель, например:

Cl2 + H2O → HClO + HCl

Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления, например:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

В качестве типичных окислителей могут выступать:

1) простые вещества, образуемые атомами с большой элек­троотрицательностью, т. е. типичные неметаллы, расположен­ные, прежде всего, в главных подгруппах шестой и седьмой групп периодической системы;

2) вещества, содержащие элементы в высших и промежу­точных положительных степенях окисления, в том числе в виде ионов, как простых, элементарных (Fе³⁺), так и кислородсо­держащих, оксоанионов (перманганат-ион);

3) перекисные соединения (пероксиды, супероксиды и т. д.);

4) Кислородсодержащие анионы, содержащие атом неметалла в высшей положительной степени окисления (SO₄ (степень окисления серы +6), NO₃ (степень окисления азота +5)

К ним относятся F2, Cl2, O2, KClO3, H2SO4, HNO3, KMnO4, MnO2, K2Cr2O7, PbO2 и др.

В качестве восстановителей могут выступать простые или сложные вещества, содержащие атомы, которые находятся не в высшей из возможных для них степени окисле­ния, а потому могут повышать свою степень окисления.

В качестве типичных восстановителей могут выступать:

1) простые вещества, атомы которых имеют низкую электроотрицательность («активные» металлы);

2) катионы металлов в низших степенях окисления (Fе²⁺);

3) простые, элементарные анионы, например сульфид-ион;

4) кислородсодержащие анионы (оксоанионы), соответст­вующие низшим положительным степеням окисления элемента (нитрит, сульфит);

5) катод электролизной ячейки.

Вещества, применяемыми на практике в качестве восстановителей, являются, щелочные и щелочноземельные металлы, сульфиды, сульфиты, галогеноводороды (кроме НF), соли двухвалентного железа, органические вещества - формальдегид, глюкоза, щавелевая кислота, а так­же водород, углерод, монооксид углерода и алюминий при вы­соких температурах.

Типичными (сильными) восстановителями являются H2, C (графит), Zn, Al, Ca, KI, HCl (конц.), H2S, CO и др.

При написании уравнений ОВР используют два метода расстановки коэффициентов: метод электронного баланса и метод полуреакций.

Метод электронного баланса (окислительных чисел) рассмотрим на примере реакции

Для расстановки коэффициентов выполняем следующие действия.

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

2. Находим окислитель и восстановитель в данной ОВР и пишем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

3. Уравниваем число электронов в процессе окисления и восстановления (электронный баланс):

4. Коэффициенты 5 и 2 из электронных уравнений переносим в молекулярное уравнение ОВР:

5. Окончательно уравниваем число атомов каждого элемента в обеих частях молекулярного уравнения:

Mетод полуреакций (ионно-молекулярный метод) основан на составлении уравнений процессов окисления и восстановления с помощью ионов и молекул, реально существующих в растворе.

Сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, газы и малорастворимые вещества − в виде молекул. Степень окисления атомов не используют, а учитывают заряды реальных ионов и характер среды, в которой идет процесс окисления или восстановления. Алгебраическую сумму зарядов в левой и правой частях полуреакций (процессов окисления и восстановления) уравнивают с помощью определенного числа электронов, которые участвуют в процессе. После записи полуреакций окисления и восстановления уравнивают число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем с помощью дополнительных коэффициентов (как в методе электронного баланса). С учетом этих коэффициентов записывают сокращенное ионно-молекулярное уравнение, а затем и молекулярное уравнение ОВР.

Используем метод полуреакций для той же реакции:

Чтобы связать 4 моль атомов кислорода, требуется 8 моль атомов водорода (процесс идет в кислой среде):

Уравниваем алгебраическую сумму зарядов слева и справа:

Чтобы получить 1 моль атомов кислорода для окисления SO₃^2-до SO₄^2-, требуется 1 моль молекул H₂O (процесс идет в кислой среде):

Уравниваем алгебраическую сумму зарядов слева и справа:

Теперь уравниваем число электронов в полуреакциях окисления и восстановления и получаем сокращенное ионно - молекулярное уравнение ОВР:

Записываем молекулярное уравнение ОВР:

 

№15

Органическая химия – наука, изучающая соединения углерода, назы­ваемые органическими веществами. В связи с этим органиче­скую химию называют также химией соединений углерода.

Важнейшие причины выделения органической химии в отдельную науку заключаются в следующем.

1.Многочисленность органических соединений по сравнению с неорганическими соединениями.

2. Органические вещества имеют исключительное значение как вследствие их крайне многообразного практического примене­ния, так и потому, что они играют важнейшую роль в процес­сах жизнедеятельности организмов.

3. Имеются существенные отличия в свойствах и реакцион­ной способности органических соединений от неорганических, вследствие чего возникла необходимость в развитии многих спе­цифических методов исследования органических соединений.

Предметом органической химии является изучение способов получения, состава, строения и областей применения важнейших классов органических соединений.