


Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — такие реакции, которые протекают с изменением степеней окисления элементов.
Изменение степеней окисления происходит из-за полной или частичной передачи электронов от одних атомов к другим:
Поскольку электроны имеют заряд «-1» , следовательно, понижение степени окисления атома химического элемента происходит в результате приобретения им дополнительных электронов.
Процесс приобретения атомом дополнительных электронов называется восстановлением:
Вещество, которое содержит восстанавливающиеся атомы, называют окислителем.
В примере выше окислителем является азотная кислота HNO3.
Аналогично повышение степени окисления происходит в том случае, когда атом элемента теряет некоторое количество своих электронов. Процесс потери атомом электронов называют окислением:
Химическое вещество, которое содержит окисляющиеся атомы, называют восстановителем. В указанном примере восстановителем является фосфин PH3.
Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции — такие реакции, в которых атомы окислителя и атомы восстановителя находятся в разных веществах. Например:
Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции — такие реакции, в которых атомы восстановителя и атомы окислителя содержатся в одном веществе. Например:
Реакциями диспропорционирования называют такие реакции, в которых атомы одного химического элемента, являются окислителями и восстановителями и при этом находятся в одном веществе. Такие реакции также называют реакциями самоокисления-самовосстановления. Например, к таким реакциям относятся все реакции взаимодействия галогенов с растворами щелочей:
Метод электронного баланса — метод расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительной реакции, основанный на том, что количество электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, полученных окислителем.
Алгоритм расстановки коэффициентов данным методом выглядит следующим образом:
1) Следует записать схему реакции, указав формулы всех реагентов и продуктов. Например, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с фосфором образуется фосфорная кислота, диоксид серы и вода:
2) Далее следует расставить все степени окисления и найти те элементы, у которых изменилось значение степени окисления.
3) После расстановки степеней окисления химических элементов находят те элементы, которые изменили свои степени окисления. Далее записывают уравнения полуреакций окисления и восстановления. В нашем случае они имеют вид:
4) Поскольку количество отдаваемых электронов восстановителем должно быть равно количеству принимаемых электронов окислителем, далее следует подобрать дополнительные множители к записанным полуреакциям:
5) Подобранные к полуреакциям множители переносятся в схему реакции:
6) Отталкиваясь от тех коэффициентов, которые уже известны из электронного баланса, оставшиеся коэффициенты расставляют методом подбора:
Примечание:
Следует отметить, что если в одной структурной единице какого-либо участника реакции содержится не один атом химического элемента, изменившего степень окисления, а 2 или больше, то это обязательно следует учитывать при записи уравнений полуреакций. Обратите внимание на составление электронного баланса для реакции горения этана в кислороде:
Как можно видеть в первом уравнении полуреакции, мы учли то, что в левой части уравнения уже сразу содержится не менее двух атомов углерода, поскольку одна формульная единица C2H6 содержит два атома C. По этой причине мы поставили коэффициент 2 перед атомами углерода в левой и правой частях полуреакции, а также удвоили количество «уходящих» электронов (14 вместо 7-ми).
Во второй полуреакции мы также учли, что в левой части уравнения реакции не может быть менее двух атомов кислорода, поскольку 2 атома O содержатся в одной молекуле O2. Однако как вы могли заметить, в случае простого вещества кислорода мы не стали писать 2O, а записали O2. Также следует поступать и в случае других простых молекулярных веществ, например, O2, F2, Cl2, N2, H2 и т.д.
Очевидно, что электронный баланс — не самая сложная часть в процессе составления уравнения окислительно-восстановительной реакции. Часто трудности возникают в том, какие продукты записывать в правой части схемы реакции.
Для того чтобы записывать уравнения ОВР, не нужно пытаться выучить все возможные реакции, тем более, что это невозможно в принципе. Надо учиться их составлять. В первую очередь, что действительно следует выучить, так это формы существования окислителей и восстановителей до и после реакции в зависимости от среды раствора. Среда раствора определяется по наличию или отсутствию среди реагентов кислоты или щелочи. Также всегда нужно помнить, что в качестве возможных продуктов не следует писать формулы веществ, реагирующих с остальными продуктами и/или со средой. Так, например, в продуктах не может быть кислоты, если изначально среда раствора щелочная и наоборот. В общем, говоря более простыми словами, все продукты должны быть химически «безразличны» друг к другу, а также к среде раствора (исключение — электролиз).
Ниже представлены основные окислительно-восстановительные переходы окислителей и восстановителей в зависимости от среды. Во многих случаях указаны не целые формулы веществ, а формулы ионов, входящих в их состав. В таком случае для записи уравнения реакции в молекулярном виде формулу иона требуется дополнить противоионами. Катионы металлов, чаще всего, объединяют с кислотными остатками, если среда кислая, а анионы с катионами металлов (если среда щелочная) или водорода, если среда кислая или нейтральная.
Коррозией металла называют процесс его самопроизвольного разрушения в результате контакта с окружающей средой.
Коррозия бывает химическая и электрохимическая.
Химическая коррозия — вид коррозии, при котором металл разрушается из-за его взаимодействия с газами или жидкостями, не проводящими электрический ток. Так, например, к химической коррозии относится образование окалины при взаимодействии железа с кислородом при высоких температурах, а также разрушение металлического оборудования под действием нефтяных фракций, содержащих сернистые соединения.
Электрохимической коррозией называют разрушение металла в растворе электролита вследствие возникновения в данной системе электрических токов. Электрические токи, способствующие коррозии, возникают в тех случаях, когда в растворе электролита изделие из металла контактирует с другим менее активным металлом. Также такие токи могут появляться из-за химической неоднородности металлического материала, из которого выполнено изделие.
Так, например, из-за электрохимической коррозии страдают подводные части судов, паровые котлы, трубопроводы, металлические конструкции в почве и т.д.
1) Контроль условий, в которых эксплуатируется металлическое оборудование. Например, хранение и использование изделий из стали на открытом воздухе нежелательно и этого, по возможности, следует избегать. Эксплуатация металлического оборудования в помещениях с низкой влажностью существенно продлит его срок службы.
2) Создание защитных покрытий, изолирующих металлоконструкцию от контакта с окружающей средой. Среди таких покрытий различают:
— неметаллические покрытия — всевозможные краски, лаки, эмали, а также пленки из таких полимеров, как полиэтилен, поливинилхлорид и т.д.;
— химические покрытия (оксидные, нитридные, фосфатные и т.д.) (Такие покрытия получают специальной химической обработкой поверхности металла.);
— металлические покрытия.
Металлические покрытия получают нанесением на защищаемую металлическую конструкцию тонкого слоя другого металла (чаще всего с помощью процесса электролиза).
При этом, если в качестве покрытия используется менее активный металл, то такое покрытие будет защищать металлоконструкцию только при условии его целостности. В случае, если целостность такого покрытия будет нарушена, защищаемый металл будет ускоренно корродировать.
Также широко используется покрытие металлоконструкций более активным металлом. Например, распространено использование так называемого оцинкованного железа. Такое покрытие защищает металлические объекты даже при нарушении его целостности, поскольку пока практически полностью не исчезнет слой покрытия из более активного металла, коррозия металла, из которого сделан защищаемый объект, не начнется.
3) Электрохимические методы защиты:
— катодная защита — вид защиты, при котором металлический объект подключается с помощью проводников к катоду внешнего источника тока либо же приводится в контакт с более активным металлом.
Частный случай катодной защиты, при котором металлическая конструкция приводится в контакт с более активным металлом, называют протекторной защитой.
4) Изменение химических свойств среды, в которой эксплуатируется металлическое изделие, в частности:
— добавление в среду веществ, замедляющих коррозию (ингибиторов коррозии).
— дегазация среды (удаление растворенных в ней газов, в частности, кислорода). Например, такой метод работает для защиты от ржавления железа, поскольку в процессе ржавления железа активное участие принимает не только вода, но и кислород:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
В реакции горения этана степень окисления углерода в образующемся CO2 указана +3. Нужно исправить, а то путает.
Благодарю, исправлено
Здравствуйте! Подскажите, пожалуйста, если в условии сказали, что серная кислота конц., то нельзя взять её раствор и с ним провести реакцию. И если сказали, серная кислота раствор, то можно ли написать реакцию с конц.? И подскажите, пожалуйста, такая реакция протекает:
2 KMnO4+ 5 Zn+ 8 H2SO4= 2 MnSO4 + 5 ZnSO4+K2SO4 + 8 H2O , и если да, то меняется ли здесь раствора?)
Добрый день! Если концентрированная и по условию не сказано, что можно использовать водные растворы, то берем такую. Реакция в принципе возможна, однако вряд ли встретится на экзамене.
Тогда раствор обесцветиться?
Да, куда ему деваться.
Добрый вечер! За 31 задание, ведь можно получить 2 балла за реакцию и электронный баланс и указание окислителя и восстановителя, и тогда возникает вопрос, например в условии задания есть такие реагенты: H2SO4, KMnO4, K2SO3.
А реакцию записать так:
NaMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + MnSO4 + H2O
Mn (+7) + 5e = Mn (+2) окислитель
S(+4) -2e = S (+6) восстановитель
За такое можно получить 1 балл или нет?
Да, можно. Указывать окислитель и восстановитель таким образом допустимо, но для лучшей читаемости лучше отдельной строкой это делать.
То есть неверно записанная реакция (так как в условии было с калием, а я написала с натрием), может компенсироваться электронным балансом и указанием окислителя и восстановителя, верно? Просто странно, так как получается, что баланс записан к другой реакции:)
Да, верно. Такое возможно.
Здравствуйте!
Скажите, пожалуйста, есть ли способ предсказать продукт окисления сульфид-иона с перекисью? Например, при взаимодействии сульфида натрия с H2O2 получается сульфат натрия и вода, а при взаимодействии сероводорода с H2O2 — сера и вода (а не серная кислота). Почему?
И еще вопрос: почему при взаимодействии иодида калия с H2O2 получается свободный йод, а не иодат калия…?
Добрый день! В рамках ЕГЭ окисление проводим до йода, предпочтительный вариант. Про перекись отвечу, что сера сама по себе окисляется значительно труднее, чем в привязке к аниону, поэтому сульфид окислить можно проще и дальше, чем просто серу.
Здравствуйте. Хотел бы узнать, пойдет ли реакция ОВР между hno2 и h2o2?
Добрый день! Нужно смотреть по потенциалам. Думаю, что процесс вполне вероятен.
Здравствуйте!
В реакции H2SO4 + KMnO4 + Na2S будет ли образовываться сера? Или же все ограничится солями и водой?
И если вместо сульфида натрия взять раствор сероводорода, продукты же останутся те же?
Добрый день! Да, может образоваться.
Добрый вечер, у меня вопрос по поводу железа, мне попалась такая реакция KMnO4 + FeCl2 + KOH = K2MnO4 + KCl + K2FeO4 + H2O. Если я нигде не ошибся, то это значит, что в основной среде ионы железа могут давать ферраты? И еще вопрос, могут ли ионы железа выйти на комплексы в ОВР?
Добрый день! Такая реакция не идет. Источник, где такое написано, лучше убрать и больше не открывать.
Добрый день! Взаимодействие перманганата калия с сульфатом марганца в нейтральной среде приведут к образованию гидроксида калия или сульфата калия (помимо серной кислоты и оксида марганца (IV))?
Добрый день! Если составить электронный баланс, то соотношение перманганата к сульфату марганца будет 2:3. Поэтому сульфат калия и серная кислота.
Здравствуйте!
Как по требованиям ЕГЭ писать в электронном балансе пероксо-группу: [O2]^2- или просто О^-1?
Спасибо вам за материалы!
Добрый день! Можно писать 2О(-1) или О(-1). Ошибкой будет записать О2(-1) в балансе.