Окислительно-восстановительные реакции. 
Изучение общей и неорганической химии

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют химические процессы, сопровождающиеся переносом электронов от одних молекул или ионов к другим, в результате чего происходит изменение степени окисления элементов, входящих в соединения.

Степень окисления (С.О.) — это условный заряд атома элемента, вычисленный из предположения, что все связи в молекуле соединения являются ионными. При вычислении С.О. какого-либо элемента следует знать те элементы, которые в своих соединениях проявляют всегда одну степень окисления (табл. 3). В любой окислительно-восстановительной реакции имеют место два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление.

Окисление — процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. При окислении С.О. элемента повышается: Al⁰ — 3e^- Al³⁺. Восстановление — процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. В этом случае С.О. элемента понижается: Fe³⁺ + 1 e^- Fe²⁺.

Восстановители — это частицы (атомы, молекулы, ионы) которые отдают электроны, сами при этом они окисляются. Окислители — это частицы, которые принимают электроны, сами при этом они восстанавливаются.

Таблица 3. Элементы с постоянной степенью окисления.

Рассмотрим алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса, суть которого заключается в уравнивании числа электронов, отданных восстановителем, и числа электронов, принятых окислителем.

1. Записывают молекулярное уравнение реакции, например:

Br₂ + H₂S + H₂O? HBr + H₂SO₄

2. Определяют степени окисления атомов всех элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

Br₂⁰ + H₂⁺¹S^-2 + H₂⁺¹O^-2? H⁺¹Br ^-1 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

• 3. Находят элементы, атомы которых изменяют степени окисления. В данном случае это S и Br.
• 4. Определяют окислитель и восстановитель. Записывают электронные схемы окисления и восстановления. Определяют процессы окисления и восстановления. Подбирают коэффициенты, на которые следует умножить уравнения электронного баланса перед их суммированием.

• 5. Составляют суммарное уравнение электронного баланса, в котором расставляют коэффициенты с учетом числа принятых и отданных электронов. Проверяют равенство зарядов: сумма зарядов в левой количества уравнения должна совпадать с суммой зарядов в правой части.
• 6. Расставляют коэффициенты в уравнении реакции, соответствующие числу электронов, участвующих в процессе. Далее уравнивают число атомов, не участвующих в окислении-восстановлении: число атомов металлов, не изменивших С.О.; ионы кислотных остатков, не изменивших С.О.; число атомов водорода. Проверка правильности расстановки коэффициентов осуществляется подсчетом общего числа атомов кислорода слева и справа.
• 4 Br₂⁰ + H₂⁺¹S^-2 + 4 H₂⁺¹O^-2? 8H⁺¹Br ^-1 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

Примеры решения задач.

Пример 1. Определить степень окисления ванадия в молекуле Na₄V₂O₇.

Р е ш е н и е. Суммарный заряд молекулы равен нулю. Атомы Na и O относятся к элементам с постоянной степенью окисления (табл. 3). Учитывая, что в молекуле Na₄V₂O₇ 4 атома натрия и 7 атомов кислорода, составляем уравнение: 4 (+1) + 2x + 7 (-2) =0, при решении которого находим, что степень окисления ванадия в указанном соединении равна +5: x = +5.

Пример 2. Определить степень окисления кремния в ионе SiO₄⁴-.

Р е ш е н и е. В этом случае суммарный заряд соединения равен -4. Постоянная С. О. кислорода равна -2 (табл.3). Учитывая, что атомов кислорода в ионе SiO₄^4- четыре, составляем и решаем уравнение: x+ 4 (-2) = -4, x = +4.

Пример 3. Определить, окислением или восстановлением являются данные переходы: а) H₂O₂ O₂, б) MnO₄— MnO_2.

Р е ш е н и е. а) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений:. Данный переход представляет процесс окисления, так как происходит отдача электронов ионами кислорода: 2O-¹ — 2e^- O₂

б) Расставляем степени окисления элементов, входящих в состав соединений:. Данный переход представляет процесс восстановления, так как происходит присоединение электронов ионами марганца: Mn⁺⁷ + 3eMn⁺⁴.