4.3 Типы окислительно-восстановительных реакций

Назад Назад Далее Далее


Окислительно-восстановительная реакция (ОВР) – это реакция, в которой происходит изменение степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Реакции, в которых отсутствует такой процесс, называются реакциями ионного обмена.

Примеры ОВР:

$$\mathrm{2H_2^0 + O_2^0 \longrightarrow 2H_2^{+1}O^{-2}}$$

$$\mathrm{3Cu^0 + 8HN^{+5}O_3 \longrightarrow 3Cu^{+2}(N^{+5}O_3)_2 + 2N^{+2}O + 4H_2O}$$

$$\mathrm{2KCl^{+5}O_3^{-2} \longrightarrow 2KCl^{-1} + {3O}_2^0}$$

Примеры реакций ионного обмена:

$$\mathrm{AgNO_3 + HCl \longrightarrow AgCl + HNO_3}$$

$$\mathrm{Cu(OH)_2 + 2HCl \longrightarrow CuCl_2 + 2H_2O}$$

$$\mathrm{Na_2CO_3 + 2H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + CO_2 + H_2O}$$

Как видите, в первом случае происходит изменение степени окисления атомов, а во втором – только перегруппировка самих атомов между веществами.

Окислением называют процесс, в котором атом/частица отдает электрон(ы), при этом степень окисления повышается, например:

$$\mathrm{Fe^0 - 2e \longrightarrow Fe^{+2}}$$

$$\mathrm{2I^{-1} - 2e \longrightarrow I_2^0}$$

$$\mathrm{H_2^0 - 2e \longrightarrow 2H^{+1}}$$

Восстановлением называют процесс, в котором атом/частица принимает электрон(ы), понижая при этом свою степень окисления:

$$\mathrm{Fe^{+3} + e \longrightarrow Fe^{+2}}$$

$$\mathrm{I^{+5} + 6e \longrightarrow I^{-1}}$$

$$\mathrm{2H^{+1} + 2e \longrightarrow H_2^0}$$

Атомы, которые отдают электрон(ы), называют восстановителями, в ходе процесса окисления они окисляются. Атомы, принимающие электрон(ы) называются окислителями, в ходе реакции они восстанавливаются. В ОВР всегда есть и окислитель, и восстановитель, электроны не возникают из ниоткуда и не исчезают в никуда – сохраняется баланс по электронам – число переданных от восстановителя электронов равно числу электронов, принятых окислителем. При этом в окислительно-восстановительной реакции может быть несколько окислителей или несколько восстановителей.

Окислительно-восстановительные реакции условно делят на четыре типа:

  1. Межмолекулярные ОВР, если атомы-окислители и атомы-восстановители находятся в разных веществах, например:

    $$\mathrm{Zn + 2HCl \longrightarrow ZnCl_2 + 2H_2}$$

    $$\mathrm{H_2S + Cl_2 \longrightarrow S + 2HCl}$$

  2. Внутримолекулярные ОВР, в них атомы окислителя и восстановителя находятся в одном веществе:

    $$\mathrm{KClO_4 \longrightarrow KCl + 2O_2}$$

    $$\mathrm{(NH_4)_2Cr_2O_7 \longrightarrow N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O}$$

  3. Реакции диспропорционирования, в них один элемент является и окислителем, и восстановителем, например:

    $$\mathrm{3Cl_2 + 6NaOH \longrightarrow 5NaCl + NaClO_3 + 3H_2O}$$

    $$\mathrm{3KBrO \longrightarrow KBrO_3 + 2KBr}$$

    При этом в продуктах реакции всегда есть атомы со степенью окисления выше и ниже той, в которой находятся атомы, которые диспропорционируют. В приведённом примере хлор со степенью окисления \(0\) диспропорционирует на хлор в степени окисления \(–1\) и хлор в степени окисления \(+5\).

  4. Ретропорционирование (конпропорционирование), в котором из элементов в двух разных степенях окисления получается элемент с одной степенью окисления, например:

    $$\mathrm{NH_4NO_3 \longrightarrow N_2O + 2H_2O}$$

    $$\mathrm{SO_2 + 2H_2S \longrightarrow 3S + 2H_2O}$$

Задачи Задачи


Среди перечисленных реакций выберите реакции ионного обмена:

а) \(\mathrm{HCl + NaOH \longrightarrow NaCl + H_2O}\);

б) \(\mathrm{2Fe +3Cl_2 \longrightarrow 2FeCl_3}\);

в) \(\mathrm{Ba(OH)_2 + K_2SO_4 \longrightarrow BaSO_4\downarrow + 2KOH}\);

г) \(\mathrm{MgCl_2 + NaOH \longrightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2NaCl}\);

д) \(\mathrm{4HNO_3 + Cu \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}\).

а, в, г.

Среди перечисленных реакций выберите окислительно-восстановительные реакции:

а) \(\mathrm{2AlO(OH) + 6HCl \longrightarrow 2AlCl_3 + 4H_2O}\);

б) \(\mathrm{10Li + N_2F_4 \longrightarrow 4LiF + 2Li_3N}\);

в) \(\mathrm{NCl_3 + 3H_2O \longrightarrow NH_3 + 3HClO}\);

г) \(\mathrm{Ca_5(PO_4)_3F + 7H_3PO_4 + H_2O \longrightarrow 5Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O + HF}\);

д) \(\mathrm{2H_3PO_4 + PbO_2 \longrightarrow PbP_2O_7\downarrow + 3H_2O}\);

е) \(\mathrm{As_2S_3 + Na_2S \longrightarrow 2NaAsS_2}\);

ж) \(\mathrm{3SCl_2 + 4NaF \longrightarrow S_2Cl_2 + SF_4 + 4NaCl}\);

з) \(\mathrm{I_2O_5 + 5SF_4 \longrightarrow 2IF_5 + 5OSF_2}\);

и) \(\mathrm{NaHCO_3 + HCl \longrightarrow NaCl + CO_2 \uparrow + H_2O}\);

к) \(\mathrm{2KNO_3 \longrightarrow 2KNO_2 + O_2 \uparrow}\).

Для ОВР укажите окислитель и восстановитель. Какое тривиальное название имеет продукт реакции в уравнении г?

б, в, д, ж, к. Продукт реакции г – двойной суперфосфат.

Укажите, к какому типу относятся следующие ОВР:

а) \(\mathrm{3HClO_3 \longrightarrow 2ClO_2 + HClO_4 + H_2O}\);

б) \(\mathrm{4KMnO_4 + 5K_2SO_3 + 3H_2SO_4 \longrightarrow 6K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O}\);

в) \(\mathrm{2SeO_3 \longrightarrow 2SeO_2 + O_2}\);

г) \(\mathrm{N_2H_2 \longrightarrow N_2 + H_2}\);

д) \(\mathrm{Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4 \longrightarrow 2PbSO_4 + 2H_2O}\);

е) \(\mathrm{2Hg + XeF_4 \longrightarrow Xe + HgF_2}\);

ж) \(\mathrm{3SCl_2 + 4NaF \longrightarrow SF_4 + S_2Cl_2 + 4NaCl}\);

з) \(\mathrm{Cr_2O_3 + 2Al \longrightarrow 2Cr + Al_2O_3}\);

и) \(\mathrm{4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O \longrightarrow 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH}\);

к) \(\mathrm{HIO_3 + 5HI \longrightarrow 3I_2 + 3H_2O}\).

Где используется реакция д?

Межмолекулярные ОВР: б, е, з, и;

Внутримолекулярные ОВР: в,г;

Реакции диспропорционирования: а, ж;

Реакции ретропорционирования: д, к.

Реакция д используется в свинцово-кислотных аккумуляторах.

Может ли хлорная кислота \(\mathrm{HClO_4}\) участвовать в реакции диспропорционирования? Объясните.

В реакции диспропорционирования атомы одного и того же элемента в одной степени окисления выступают и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя, поэтому диспропорционированию всегда подвергаются атомы в промежуточной степени окисления. В хлорной кислоте хлор находится в своей максимальной степени окисления \(+7\) и не может выступить в качестве восстановителя, поэтому хлорная кислота не способна к диспропорционированию.

Назад Назад Далее Далее