Окисно-відновні реакції

Опанування змісту цього розділу дає змогу
 усвідомити, що таке  процеси окиснення і відновлення, відновники та окисники, окисно-відновні реакції;
навчитися  складати рівняння окисно-відновних реакцій за методом електронного балансу.
Порівняємо такі реакції:
SO3 + H2O = H2SO4;
S + O2 = SO2.
За кількістю реагентів і продуктів обидві реакції відносяться до одного і того ж класу – реакції сполучення.
Звернемо увагу на ступені окиснення елементів у вихідних речовин і продуктів реакції
S+6O3-2 + H2+O-2 = H2+S+6O4-2;          (1)
S0 + O20 =S+4O2-2.                           (2)
Перша реакція відбувається без зміни ступенів окиснення елементів, а під час другої реакції ступені окиснення елементів змінились.
 
Реакції, які супроводжуються зміною ступеня окиснення атомів елементів, називають окисно-відновними.
Процес віддачі електронів називається окиснення, а процес приєднання електронів — відновлення.
Елементи –окисники понижують ступінь окиснення, а елементи-відновники його підвищують.
Якщо елемент в речовині знаходиться у вищому ступені окиснення, то він може лише приймати електрони і бути тільки окисником, наприклад, Сульфур в сполуках SO3 та H2SO4 проявляє максимальний ступінь окиснення +6 і є тільки окисником.
Якщо елемент проявляє найнижчий ступінь окиснення, то він може тільки віддавати електрони і проявляти тільки властивості відновника, наприклад речовини амоніак (NH3), гідроген сульфід (H2S) – сильні відновники.
Окисно-відновні реакції поділяють на три типи:
1) міжмолекулярні, в яких елементи окисник і відновник знаходяться у складі різних речовин, наприклад,
С + О2=СО2
2) внутрішньомолекулярні, якщо окисник і відновник знаходяться у складі однієї речовини, наприклад,
2KNO3 = 2KNO2 + O2
3) реакції диспропорціонування (самоокиснення-самовідновлення), якщо відновником і окисником є один і той же елемент, наприклад,
Cl2 + KOH =KCl + KClO + H2O.
У рівняннях окисно-відновних реакцій в складних випадках добір коефіцієнтів проводять методом електронного балансу. Він ґрунтується на тому, що кількість електронів, що втрачає відновник дорівнює кількості електронів, які приєднує окисник.
Для правильного добору коефіцієнтів слід дотримуватися визначеної послідовності дій:
  1. Знайти окисник і відновник.
  2. Скласти для них схеми (напівреакції) переходів електронів, що відповідають даним окисно-відновним процесам.
  3. Зрівняти число відданих і прийнятих електронів в напівреакції.
Підсумувати порізно ліві і праві частини напівреакцій.
Розставити коефіцієнти в рівнянні окисно відновної реакції.
Вправа.
Добрати коефіцієнти у схемі окисно-відновної реакції
Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe(OH)3
методом електронного балансу.
Розв’язаня 
1) Знайти елементи, які змінюють свої ступені окиснення, і визначити їх ступені окиснення. (Якщо одразу важко знайти такі елементи, то треба визначити ступені окиснення всіх елементів, які входять до складу реагентів та продуктів реакції, і визначити, які елементи змінюють ступені окиснення.)
В нашому прикладі це Ферум і Оксиген.
Fe+2(OH)2 + O20 + H2O → Fe+3(O−2H)3
2) Записати рівняння напівреакцій окиснення та відновлення із зазначенням числа прийнятих і відданих електронів.
Fe+2 − 1ē = Fe+3
O20 + 4ē = 2O−2
Зверніть увагу: електронний баланс треба складати для найменшої кількості атомів елементу, що може взяти участь в реакції. Для даної реакції ми повинні врахувати, що молекула кисню складається з двох атомів, тому баланс складаємо для 2 атомів Оксигену.
3) Коефіцієнти, що зазначають кількість відданих і прийнятих електронів, хрест на хрест поставити біля рівнянь процесів відновлення і окиснення. Якщо ці коефіцієнти мають спільне ділене, то скоротити їх.

Рисунок7

Отже кожні 4 атоми Fe+2 відновлюють одну молекулу О2.
4) Проставити коефіцієнти перед формулами речовин, до складу яких входять окисник і відновник.
4Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3
5) Проставити коефіцієнти перед формулами інших речовин, в даному прикладі для води за кількістю атомів Гідрогену знаходимо коефіцієнт 2.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
6) Перевірити правильність підбору коефіцієнтів за елементом, який не змінював (або не у всіх випадках змінював) свій ступінь окиснення. В даному випадку за Оксигеном.
Кількість атомів Оксигену зліва і справа – 12.