Вопрос №1. Электронная теория окисления-восстановления.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ,

НАУКИ И КАДРОВ

УО “ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

КАФЕДРА ХИМИИ

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Лекция: Окислительно-восстановительные реакции

Для студентов сельскохозяйственных специальностей

Гродно 2008

УДК: 546 (076.5)

ББК 24.1 Я 73

Р 13

Рецензент: кандидат химических наук, доцент В.И. Кондаков

Апанович, З.В.

Рекомендовано межфакультетской методической комиссией факультета защиты растений 28 ноября 2007 г. (протокол № 2).

© УО «Гродненский государственный аграрный университет»,2008

© Апанович З.В.,2008

Содержание:

Стр.

1.Электронная теория окисления-восстановления …... 4

2.Классификация ОВР…………………………………… 7

3.Составление уравнений ОВР…………………………... 9

Влияние среды раствора на протекание ОВР.

Эквиваленты окислителя, восстановителя…………… . 13

5.Электродный потенциал. Уравнение Нернста………. . 14

6.Понятие о гальваническом элементе………………… 17

Возможность и направление самопроиз-

вольного протекания ОВР…………………………….. 21

Окислительно-восстановительные процессы в

живых организмах……………………………………….. 24

Вопрос №1. Электронная теория окисления-восстановления.

Cреди формальных понятий химии важнейшим является понятие степени окисления. Степень окисления (СО) - условный заряд атома элемента, вычисленный исходя из предположения,что молекула состоит из ионов.

1.Cтепень окисления кислорода равна: -2.

Исключение: пероксидные соединения, где степень окисления кислорода :- 1. Na₂O₂^-1. и во фториде кислорода OF₂ она равна +2. H₂O^-2, H₂O₂^-1, O₂⁰, O⁺²F_2..

2.Водород имеет степень окисления +1, только в гидридах типа NaH^-1 его степень окисления равна (-1).

3.Степень окисления щелочных металлов = +1, щелочно-земельных = +2, Al = +3.

4.Степень окисления атомов, входящих в состав простых веществ = 0. N₂, Cl₂, Ca⁰, F₂ .

5.В нейтральных молекулах алгебраическая сумма всех степеней окисления равна нулю, а в любом ионе равна заряду иона. H⁺¹N⁺⁵O^-2₃, H⁺Cl⁺⁷O^-2_4. Важность окислительного числа заключается в том, что номер группы системы указывает высшую положительную степень окисления, которую могут иметь элементы данной группы в своих соединениях .

Исключение: металлы подгруппы меди, кислород, фтор, бром, металлы семейства железа и некоторые другие элементы VIII Б группы.

Все многообразие химических реакций, происходящих в природе, промышленности, сельском хозяйстве, биологических процессах можно разделить на 2 группы:

1.Реакции, протекающие без изменения СО атомов, входящих в состав реагирующих веществ. К ним относятся

а) реакции обмена, например:

Ba ²⁺Cl^-₂ + K₂⁺S⁺⁶O^-2₄ = Ba⁺²S⁺⁶O^-2₄ ↓+ 2K⁺Cl^-

б) некоторые реакции соединения, разложения

NaOH + CO₂ = NaHCO₃

CaCO₃ =^t CaO + CO₂

Легко установить, что СО атомов в приведенных выше уравнениях до и после реакции осталась без изменения.

2. Реакции, сопровождающиеся изменением СОатомов реагирующих веществ. К данному типу относятся реакции окисления-восстановления

а) реакции замещения

Cu SО₄(p) + Zn(k ) = Cu(k) + ZnSO₄(p) ΔG⁰₂₉₈ = -212кДж\моль

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂ ↑

б) некоторые реакции соединения, разложения

Ba + O₂ = 2BaO

NH₄NO₂ = N₂ +2H₂O

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O

S^-2- 6e = S⁺⁴ 2

O₂ + 4e = 2O^-2 3

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно – восстановительными. Другими словами это реакции, связанные с передачей электронов от одних атомов к другим.

Окисление– процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, степень окисления при этом повышается.

Ca – 2e^- = Ca⁺² H⁰₂ – 2e^- = 2H⁺

Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой, ионом. Степень окисления при этом понижается.

Fe⁺³ + e^- = Fe²⁺ Cl⁰₂ + 2e^- = 2Cl^-

Восстановители – молекулы или ионы отдающие электроны, сами при этом восстановители окисляются.

Окислители – молекулы или ионы, присоединяющие электроны ,во время реакции окислители восстанавливаются.

Окисление и восстановление протекают одновременно.

Cu⁰ + Hg⁺²(NO₃)₂ = Hg⁰ + Cu⁺²(NO₃)₂

Восстановитель Cu⁰ – 2e^- = Cu⁺² процесс окисления

Окислитель Hg⁺² + 2e^- = Hg⁰ процесс восстановления

Окислители – к ним относятся те простые вещества, элементы которых обладают высокой электроотрицательностью, т.е. неметаллы, например, F₂, O₂, Cl₂, Br₂, S и т.д.

Из сложных веществ, роль окислителей играют те вещества, которые содержат атомы неметаллов, имеющие высокие степени окисления

K ₂Cr⁺⁶₂O₇, KMn⁺⁷O₄, HN⁺⁵O₃, H₂S⁺⁶O₄, HCl⁺⁷O₄, K₂Cr⁺⁶O₄

Окислительные свойства, обусловливает не только атом с высокой степенью окисления, а весь анион. Ионы металлов и (водорода) также являются окислителями: Ag ⁺, Au³⁺, Cu²⁺, H⁺, Fe³⁺, и т.д.

Восстановители – относятся простые вещества, образованные элементами с низкой электроотрицательностью, т.е. все металлы и некоторые неметаллы (H₂, B, C). Наиболее активный восстановитель – франций. Из сложных веществ относятся те, которые содержат атомы с низкими степенями окисления: Fe⁺²Cl ₂, Cr₂⁺³(SO₄)₃, KCl^-1, H₂S^-2, N^-3H₃, H₂S⁺⁴O_3.

Вещества, содержащие элементы в промежуточных степенях окисления, могут выполнять как функции окислителей, так и восстановителей, т.е. обладают окислительно – восстановительной двойственностью. Например: ряд соединений азота с различными степенями окисления:

N ^-3H₃ - всегда восстановитель

N₂^-2H₄, N^-1H₂OH, N₂⁰, N₂⁺¹O, N⁺²O, N₂⁺³O₃, N⁺⁴O₂ – обладают окислительно – восстановительной двойственностью

N₂⁺⁵O₅ - всегда окислитель

Азот в степени окисления -3 – может быть только восстановителем, т.е. может только повышать степень окисления.

Азот в степени окисления +5 всегда окислитель, повысить степень окисления не может, может только понизить.

Об окислительно – восстановительных свойствах элементов и соединений можно судить, руководствуясь периодической системой Д. И. Менделеева. Растворы кислот более сильные окислители чем растворы их солей, причем окислительная активность кислот тем значительнее, чем выше их концентрация. Так KNO_3(p) почти не проявляет окислительных свойств (необходим очень сильный восстановитель), HNO₃ разб. является слабым окислителем, а HNO₃ конц. – один из наиболее энергичных окислителей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: