Αυτές περιλαμβάνουν αντιδράσεις στις οποίες οι αντιδρώντες ουσίες ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια, μεταβάλλοντας έτσι τις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων των στοιχείων που απαρτίζουν τις αντιδρώντες ουσίες.

Για παράδειγμα:

Zn + 2H + → Zn 2+ + H2,

FeS 2 + 8HNO 3 (συμπ.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,

Η συντριπτική πλειονότητα των χημικών αντιδράσεων είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής· παίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο.

Η οξείδωση είναι η διαδικασία απώλειας ηλεκτρονίων από ένα άτομο, ένα μόριο ή ένα ιόν.

Εάν ένα άτομο εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια του, αποκτά θετικό φορτίο:

Για παράδειγμα:

Al - 3e - = Al 3+

H2 - 2e - = 2H +

Κατά τη διάρκεια της οξείδωσης, η κατάσταση οξείδωσης αυξάνεται.

Εάν ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν (φορτίο -1), για παράδειγμα Cl-, δώσει 1 ηλεκτρόνιο, τότε γίνεται ουδέτερο άτομο:

2Cl - - 2e - = Cl 2

Εάν ένα θετικά φορτισμένο ιόν ή άτομο εγκαταλείψει ηλεκτρόνια, τότε το μέγεθος του θετικού φορτίου του αυξάνεται ανάλογα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που δίνονται:

Fe 2+ - e - = Fe 3+

Αναγωγή είναι η διαδικασία απόκτησης ηλεκτρονίων από ένα άτομο, μόριο ή ιόν.

Εάν ένα άτομο αποκτήσει ηλεκτρόνια, μετατρέπεται σε αρνητικά φορτισμένο ιόν:

Για παράδειγμα:

Сl 2 + 2е- = 2Сl -

S + 2е - = S 2-

Εάν ένα θετικά φορτισμένο ιόν δέχεται ηλεκτρόνια, το φορτίο του μειώνεται:

Fe 3+ + e- = Fe 2+

ή μπορεί να πάει σε ένα ουδέτερο άτομο:

Fe 2+ + 2e- = Fe 0

Οξειδωτικός παράγοντας είναι ένα άτομο, μόριο ή ιόν που δέχεται ηλεκτρόνια. Ένας αναγωγικός παράγοντας είναι ένα άτομο, μόριο ή ιόν που δίνει ηλεκτρόνια.

Ο οξειδωτικός παράγοντας ανάγεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ο αναγωγικός παράγοντας οξειδώνεται.

Η οξείδωση συνοδεύεται πάντα από αναγωγή και αντίστροφα, η αναγωγή συνδέεται πάντα με οξείδωση, η οποία μπορεί να εκφραστεί με τις εξισώσεις:

Αναγωγικός παράγοντας - e - ↔ Οξειδωτικός παράγοντας

Οξειδωτικό + e - ↔ Αναγωγικό μέσο

Επομένως, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής αντιπροσωπεύουν την ενότητα δύο αντίθετων διεργασιών - της οξείδωσης και της αναγωγής

Οι σημαντικότεροι αναγωγικοί και οξειδωτικοί παράγοντες

Αναστηλωτές

Οξειδωτικοί παράγοντες

Μέταλλα, υδρογόνο, άνθρακας Μονοξείδιο του άνθρακα (II) CO Υδρόθειο H 2 S, οξείδιο του θείου (IV) SO 2, θειικό οξύ H 2 SO 3 και τα άλατά του Υδροϊωδικό οξύ HI, υδροβρωμικό οξύ HBr, υδροχλωρικό οξύ HCl Χλωριούχος κασσίτερος (II) SnCl2, θειικός σίδηρος (II) FeSO4, θειικό μαγγάνιο (II) MnSO4, θειικό χρώμιο (III) Cr2 (SO4) 3 Νιτρώδες οξύ HNO 2, αμμωνία NH 3, υδραζίνη N 2 H 4, μονοξείδιο του αζώτου (II) NO Φωσφορικό οξύ H 3 PO 3 Αλδεΰδες, αλκοόλες, μυρμηκικό και οξαλικό οξύ, γλυκόζη Κάθοδος κατά την ηλεκτρόλυση

Αλογόνα Υπερμαγγανικό κάλιο KMnO 4, μαγγανικό κάλιο K 2 MnO 4, οξείδιο μαγγανίου (IV) MnO 2 Διχρωμικό κάλιο K 2 Cr 2 O 7 , χρωμικό κάλιο K 2 CrO 4 Νιτρικό οξύ HNO 3 Οξυγόνο O 2, όζον O 3, υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2 Θειικό οξύ H 2 SO 4 (συγκ.), σεληνικό οξύ H 2 SeO 4 Οξείδιο χαλκού (II) CuO, οξείδιο αργύρου (I) Ag 2 O, οξείδιο μολύβδου (IV) PbO 2 Ιόντα ευγενών μετάλλων (Ag +, Au 3+, κ.λπ.) Χλωριούχος σίδηρος (III) FeCl 3 Υποχλωριτικά, χλωρικά και υπερχλωρικά Aqua regia, ένα μείγμα συμπυκνωμένου νιτρικού και υδροφθορικού οξέος Άνοδος κατά την ηλεκτρόλυση

Μέθοδος ηλεκτρονικής ισορροπίας.

Για την εξίσωση του OVR, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, από τις οποίες θα εξετάσουμε τώρα μία - τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας.

Ας γράψουμε την εξίσωση για την αντίδραση μεταξύ αλουμινίου και οξυγόνου:

Al + O 2 = Al 2 O 3

Μην ξεγελιέστε από την απλότητα αυτής της εξίσωσης. Το καθήκον μας είναι να κατανοήσουμε μια μέθοδο που στο μέλλον θα σας επιτρέψει να εξισορροπήσετε πολύ πιο σύνθετες αντιδράσεις.

Λοιπόν, ποια είναι η μέθοδος ηλεκτρονικού ισοζυγίου; Η ισορροπία είναι ισότητα. Επομένως, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που το ένα στοιχείο παραχωρεί και το άλλο στοιχείο δέχεται σε μια δεδομένη αντίδραση πρέπει να είναι ίσος. Αρχικά, αυτή η ποσότητα φαίνεται διαφορετική, όπως φαίνεται από τις διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης του αλουμινίου και του οξυγόνου:

Al 0 + O 2 0 = Al 2 +3 O 3 -2

Το αλουμίνιο δίνει ηλεκτρόνια (αποκτά θετική κατάσταση οξείδωσης) και το οξυγόνο δέχεται ηλεκτρόνια (αποκτά αρνητική κατάσταση οξείδωσης). Για να ληφθεί η κατάσταση οξείδωσης +3, ένα άτομο αλουμινίου πρέπει να δώσει 3 ηλεκτρόνια. Ένα μόριο οξυγόνου, για να μετατραπεί σε άτομα οξυγόνου με κατάσταση οξείδωσης -2, πρέπει να δέχεται 4 ηλεκτρόνια:

Al 0 - 3e- = Al +3

O 2 0 + 4e- = 2O -2

Για να είναι ίσος ο αριθμός των δεδομένων και των ληφθέντων ηλεκτρονίων, η πρώτη εξίσωση πρέπει να πολλαπλασιαστεί με 4 και η δεύτερη με 3. Για να γίνει αυτό, αρκεί να μετακινήσετε τους αριθμούς των δεδομένων και των ληφθέντων ηλεκτρονίων πάνω και κάτω. γραμμές όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.

Αν τώρα στην εξίσωση βάλουμε τον συντελεστή 4 που βρήκαμε μπροστά από τον αναγωγικό παράγοντα (Al) και τον συντελεστή 3 που βρήκαμε μπροστά από τον οξειδωτικό παράγοντα (Ο 2), τότε ο αριθμός των δεδομένων και των ληφθέντων ηλεκτρονίων εξισώνεται και γίνεται ίσο με 12. Έχει επιτευχθεί ηλεκτρονικό υπόλοιπο. Μπορεί να φανεί ότι απαιτείται ένας συντελεστής 2 πριν από το προϊόν αντίδρασης Al 2 O 3. Τώρα η εξίσωση της αντίδρασης οξειδοαναγωγής εξισώνεται:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

Όλα τα πλεονεκτήματα της μεθόδου ηλεκτρονικής ισορροπίας εμφανίζονται σε πιο σύνθετες περιπτώσεις από την οξείδωση του αλουμινίου με οξυγόνο.

Για παράδειγμα, το γνωστό "υπερμαγγανικό κάλιο" - υπερμαγγανικό κάλιο KMnO 4 - είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας λόγω του ατόμου Mn σε κατάσταση οξείδωσης +7. Ακόμη και το ανιόν χλωρίου Cl – του δίνει ένα ηλεκτρόνιο, που μετατρέπεται σε άτομο χλωρίου. Αυτό μερικές φορές χρησιμοποιείται για την παραγωγή αερίου χλωρίου στο εργαστήριο:

K + Mn +7 O 4 -2 + K + Cl - + H 2 SO 4 = Cl 2 0 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Ας δημιουργήσουμε ένα ηλεκτρονικό διάγραμμα ισορροπίας:

Mn +7 + 5e- = Mn +2

2Cl - - 2e- = Cl 2 0

Δύο και πέντε είναι οι κύριοι συντελεστές της εξίσωσης, χάρη στους οποίους είναι δυνατή η εύκολη επιλογή όλων των άλλων συντελεστών. Πριν από το Cl 2 θα πρέπει να βάλετε έναν συντελεστή 5 (ή 2 × 5 = 10 πριν από το KСl), και πριν από το KMnO 4 - έναν συντελεστή 2. Όλοι οι άλλοι συντελεστές συνδέονται με αυτούς τους δύο συντελεστές. Αυτό είναι πολύ πιο εύκολο από το να ενεργείς απλά τσακίζοντας αριθμούς.

2 KMnO 4 + 10KCl + 8H 2 SO 4 = 5 Cl 2 + 2MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 O

Για να εξισωθεί ο αριθμός των ατόμων Κ (12 άτομα στα αριστερά), είναι απαραίτητο να τεθεί ένας συντελεστής 6 μπροστά από το K 2 SO 4 στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης. Τέλος, για να εξισωθούν οξυγόνο και υδρογόνο, αρκεί να βάλουμε συντελεστή 8 μπροστά από το H 2 SO 4 και το H 2 O. Παίρνουμε την εξίσωση στην τελική της μορφή.

Η μέθοδος του ηλεκτρονικού ισοζυγίου, όπως βλέπουμε, δεν αποκλείει τη συνήθη επιλογή συντελεστών στις εξισώσεις των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, αλλά μπορεί να διευκολύνει σημαντικά μια τέτοια επιλογή.

Σύνταξη εξίσωσης για την αντίδραση χαλκού με διάλυμα νιτρικού παλλαδίου (II). Ας γράψουμε τους τύπους των αρχικών και τελικών ουσιών της αντίδρασης και δείξουμε τις αλλαγές στις καταστάσεις οξείδωσης:

από το οποίο προκύπτει ότι με έναν αναγωγικό παράγοντα και έναν οξειδωτικό παράγοντα οι συντελεστές είναι ίσοι με 1. Η τελική εξίσωση αντίδρασης είναι:

Cu + Pd(NO 3) 2 = Cu(NO 3) 2 + Pd

Όπως μπορείτε να δείτε, τα ηλεκτρόνια δεν εμφανίζονται στη συνολική εξίσωση αντίδρασης.

Για να ελέγξουμε την ορθότητα της εξίσωσης, μετράμε τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου στη δεξιά και την αριστερή πλευρά του. Για παράδειγμα, στη δεξιά πλευρά υπάρχουν 6 άτομα οξυγόνου, στην αριστερή υπάρχουν επίσης 6 άτομα. παλλάδιο 1 και 1; ο χαλκός είναι επίσης 1 και 1. Αυτό σημαίνει ότι η εξίσωση είναι γραμμένη σωστά.

Ας ξαναγράψουμε αυτή την εξίσωση σε ιοντική μορφή:

Cu + Pd 2+ + 2NO 3 - = Cu 2+ + 2NO 3 - + Pd

Και μετά την αναγωγή πανομοιότυπων ιόντων παίρνουμε

Cu + Pd 2+ = Cu 2+ + Pd

Σύνταξη εξίσωσης αντίδρασης για την αλληλεπίδραση οξειδίου μαγγανίου (IV) με πυκνό υδροχλωρικό οξύ

(Το χλώριο παράγεται χρησιμοποιώντας αυτή την αντίδραση στο εργαστήριο).

Ας γράψουμε τους τύπους των αρχικών και τελικών ουσιών της αντίδρασης:

HCl + MnO 2 → Cl 2 + MnCl 2 + H 2 O

Ας δείξουμε την αλλαγή στις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων πριν και μετά την αντίδραση:

Αυτή η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική, καθώς αλλάζουν οι καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων χλωρίου και μαγγανίου. Το HCl είναι αναγωγικός παράγοντας, το MnO 2 είναι οξειδωτικός παράγοντας. Συνθέτουμε ηλεκτρονικές εξισώσεις:

και βρείτε τους συντελεστές για τον αναγωγικό παράγοντα και τον οξειδωτικό παράγοντα. Είναι αντίστοιχα ίσα με 2 και 1. Ο συντελεστής 2 (και όχι 1) τίθεται επειδή 2 άτομα χλωρίου με κατάσταση οξείδωσης -1 δίνουν 2 ηλεκτρόνια. Αυτός ο συντελεστής βρίσκεται ήδη στην ηλεκτρονική εξίσωση:

2HCl + MnO 2 → Cl 2 + MnCl 2 + H 2 O

Βρίσκουμε συντελεστές για άλλες ουσίες που αντιδρούν. Από τις ηλεκτρονικές εξισώσεις είναι σαφές ότι για 2 mol HCl υπάρχει 1 mol MnO 2. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη ότι χρειάζονται άλλα 2 γραμμομόρια οξέος για τη δέσμευση του προκύπτοντος διπλά φορτισμένου ιόντος μαγγανίου, θα πρέπει να τοποθετηθεί ένας συντελεστής 4 μπροστά από τον αναγωγικό παράγοντα. Στη συνέχεια θα ληφθούν 2 γραμμομόρια νερού. Η τελική εξίσωση είναι

4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O

Ο έλεγχος της ορθότητας της γραφής της εξίσωσης μπορεί να περιοριστεί στην μέτρηση του αριθμού των ατόμων ενός στοιχείου, για παράδειγμα του χλωρίου: στην αριστερή πλευρά υπάρχουν 4 και στη δεξιά πλευρά 2 + 2 = 4.

Δεδομένου ότι η μέθοδος του ισοζυγίου ηλεκτρονίων απεικονίζει τις εξισώσεις αντίδρασης σε μοριακή μορφή, μετά τη σύνταξη και την επαλήθευση θα πρέπει να γραφτούν σε ιοντική μορφή.

Ας ξαναγράψουμε την μεταγλωττισμένη εξίσωση σε ιοντική μορφή:

4Н + + 4Сl - + МnО 2 = Сl 2 + Мn 2 + + 2Сl - + 2Н 2 О

και αφού ακυρώσουμε πανομοιότυπα ιόντα και στις δύο πλευρές της εξίσωσης παίρνουμε

4H + + 2Cl - + MnO 2 = Cl 2 + Mn 2 + + 2H 2 O

Σύνταξη εξίσωσης αντίδρασης για την αλληλεπίδραση υδρόθειου με οξινισμένο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου.

Ας γράψουμε το σχήμα αντίδρασης - τους τύπους των ουσιών έναρξης και που προκύπτουν:

H 2 S + KMnO 4 + H 2 SO 4 → S + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Στη συνέχεια δείχνουμε την αλλαγή στις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων πριν και μετά την αντίδραση:

Οι καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων θείου και μαγγανίου αλλάζουν (το H 2 S είναι αναγωγικός παράγοντας, το KMnO 4 είναι οξειδωτικός παράγοντας). Συνθέτουμε ηλεκτρονικές εξισώσεις, δηλ. Απεικονίζουμε τις διαδικασίες απώλειας και κέρδους ηλεκτρονίων:

Και τέλος, βρίσκουμε τους συντελεστές για τον οξειδωτικό και τον αναγωγικό παράγοντα και μετά για τα άλλα αντιδρώντα. Από τις ηλεκτρονικές εξισώσεις είναι σαφές ότι πρέπει να πάρουμε 5 mol H 2 S και 2 mol KMnO 4, μετά παίρνουμε 5 mol S άτομα και 2 mol MnSO 4. Επιπλέον, από μια σύγκριση των ατόμων στην αριστερή και δεξιά πλευρά της εξίσωσης, διαπιστώνουμε ότι σχηματίζονται επίσης 1 mol K 2 SO 4 και 8 mol νερού. Η τελική εξίσωση αντίδρασης θα είναι

5Н 2 S + 2КМnО 4 + ЗН 2 SO 4 = 5S + 2ΜnSO 4 + К 2 SO 4 + 8Н 2 О

Η ορθότητα της εγγραφής της εξίσωσης επιβεβαιώνεται με την καταμέτρηση των ατόμων ενός στοιχείου, για παράδειγμα οξυγόνου. στην αριστερή πλευρά υπάρχουν 2 4 + 3 4 = 20 και στη δεξιά πλευρά υπάρχουν 2 4 + 4 + 8 = 20.

Ξαναγράφουμε την εξίσωση σε ιοντική μορφή:

5H 2 S + 2MnO 4 - + 6H + = 5S + 2Mn 2+ + 8H 2 O

Είναι γνωστό ότι μια σωστά γραμμένη εξίσωση αντίδρασης είναι μια έκφραση του νόμου της διατήρησης της μάζας των ουσιών. Επομένως, ο αριθμός των ίδιων ατόμων στα αρχικά υλικά και στα προϊόντα αντίδρασης πρέπει να είναι ο ίδιος. Οι χρεώσεις πρέπει επίσης να διατηρηθούν. Το άθροισμα των φορτίων των αρχικών ουσιών πρέπει πάντα να είναι ίσο με το άθροισμα των φορτίων των προϊόντων αντίδρασης.

Η μέθοδος ισορροπίας ιόντων ηλεκτρονίων είναι πιο καθολική σε σύγκριση με τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας και έχει ένα αναμφισβήτητο πλεονέκτημα στην επιλογή συντελεστών σε πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ιδίως, που περιλαμβάνουν οργανικές ενώσεις, στις οποίες ακόμη και η διαδικασία για τον προσδιορισμό των καταστάσεων οξείδωσης είναι πολύ περίπλοκη.

Ταξινόμηση OVR

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων:

1) Διαμοριακές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής
(όταν ο οξειδωτικός και ο αναγωγικός παράγοντας είναι διαφορετικές ουσίες).

2) Αντιδράσεις δυσαναλογίας
(όταν η ίδια ουσία μπορεί να χρησιμεύσει ως οξειδωτικό και αναγωγικό μέσο).

3) Ενδομοριακές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής
(όταν το ένα μέρος του μορίου δρα ως οξειδωτικός παράγοντας και το άλλο ως αναγωγικός παράγοντας).>

Ας δούμε παραδείγματα τριών τύπων αντιδράσεων.

1. Διαμοριακές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής είναι όλες οι αντιδράσεις που έχουμε ήδη συζητήσει σε αυτή την παράγραφο.
Ας εξετάσουμε μια ελαφρώς πιο περίπλοκη περίπτωση, όταν δεν μπορεί να καταναλωθεί όλος ο οξειδωτικός παράγοντας στην αντίδραση, καθώς μέρος του εμπλέκεται σε μια συνηθισμένη, μη οξειδοαναγωγική αντίδραση ανταλλαγής:

Cu 0 + H + N +5 O 3 -2 = Cu +2 (N +5 O 3 -2) 2 + N +2 O -2 + H 2 O

Μερικά σωματίδια NO 3 - συμμετέχουν στην αντίδραση ως οξειδωτικός παράγοντας, παράγοντας μονοξείδιο του αζώτου NO, και μερικά ιόντα NO 3 - περνούν αμετάβλητα στην ένωση χαλκού Cu(NO 3) 2. Ας δημιουργήσουμε ένα ηλεκτρονικό υπόλοιπο:

Cu 0 - 2e- = Cu +2

Ν +5 + 3e- = Ν +2

Ας βάλουμε τον συντελεστή 3 που βρέθηκε για τον χαλκό μπροστά από τον Cu και τον Cu(NO 3) 2. Αλλά ο συντελεστής 2 πρέπει να τοποθετηθεί μόνο μπροστά από το ΝΟ, επειδή όλο το άζωτο που υπάρχει σε αυτό συμμετείχε στην αντίδραση οξειδοαναγωγής. Θα ήταν λάθος να βάλουμε συντελεστή 2 μπροστά από το HNO 3, επειδή αυτή η ουσία περιλαμβάνει επίσης εκείνα τα άτομα αζώτου που δεν συμμετέχουν στην οξείδωση-αναγωγή και αποτελούν μέρος του προϊόντος Cu(NO 3) 2 (σωματίδια NO 3 - εδώ μερικές φορές ονομάζεται "ιον" -παρατηρητής").

Οι υπόλοιποι συντελεστές μπορούν εύκολα να επιλεγούν χρησιμοποιώντας αυτούς που έχουν ήδη βρεθεί:

3 Cu + 8HNO 3 = 3 Cu(NO 3) 2 + 2 NO + 4H 2 O

2. Αντιδράσεις δυσαναλογίας συμβαίνουν όταν τα μόρια της ίδιας ουσίας είναι ικανά να οξειδώνονται και να μειώνουν το ένα το άλλο. Αυτό καθίσταται δυνατό εάν η ουσία περιέχει άτομα οποιουδήποτε στοιχείου σε ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης.

Κατά συνέπεια, η κατάσταση οξείδωσης μπορεί είτε να μειωθεί είτε να αυξηθεί. Για παράδειγμα:

HN +3 O 2 = HN +5 O 3 + N +2 O + H 2 O

Αυτή η αντίδραση μπορεί να θεωρηθεί ως αντίδραση μεταξύ HNO 2 και HNO 2 ως οξειδωτικό και αναγωγικό παράγοντα και χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ισορροπίας ηλεκτρονίων:

HN +3 O 2 + HN +3 O 2 = HN +5 O3 + N +2 O + H 2 O

Ν +3 - 2e- = Ν +5

Ν +3 + e- = Ν +2

Παίρνουμε την εξίσωση:

2HNO 2 + 1HNO 2 = 1 HNO 3 + 2 NO + H 2 O

Ή, προσθέτοντας τα mol του HNO 2 μαζί:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

Ενδομοριακές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής συμβαίνουν όταν οξειδωτικά άτομα και αναγωγικά άτομα βρίσκονται δίπλα σε ένα μόριο. Ας εξετάσουμε την αποσύνθεση του άλατος Berthollet KClO 3 όταν θερμαίνεται:

KCl +5 O 3 -2 = KCl - + O 2 0

Αυτή η εξίσωση υπακούει επίσης στην απαίτηση ηλεκτρονικού υπολοίπου:

Cl +5 + 6e- = Cl -

2O -2 - 2e- = O 2 0

Εδώ προκύπτει μια δυσκολία - ποιος από τους δύο συντελεστές που βρέθηκαν πρέπει να τεθεί μπροστά από το KClO 3 - τελικά, αυτό το μόριο περιέχει και οξειδωτικό και αναγωγικό παράγοντα;

Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι συντελεστές που βρέθηκαν τοποθετούνται μπροστά από τα γινόμενα:

KClO 3 = 2KCl + 3O 2

Τώρα είναι σαφές ότι το KClO 3 πρέπει να προηγείται από έναν παράγοντα 2.

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

Η ενδομοριακή αντίδραση της αποσύνθεσης του άλατος κουκουλών όταν θερμαίνεται χρησιμοποιείται για την παραγωγή οξυγόνου στο εργαστήριο.

Μέθοδος ημιαντίδρασης

Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή η μέθοδος βασίζεται στη σύνταξη ιοντικών εξισώσεων για τη διαδικασία οξείδωσης και τη διαδικασία αναγωγής και στη συνέχεια στην άθροισή τους σε μια συνολική εξίσωση.
Για παράδειγμα, ας δημιουργήσουμε μια εξίσωση για την ίδια αντίδραση που χρησιμοποιήθηκε για να εξηγήσει τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας.
Όταν το υδρόθειο H 2 S διέρχεται από ένα οξινισμένο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου KMnO 4, το βυσσινί χρώμα εξαφανίζεται και το διάλυμα γίνεται θολό.
Η εμπειρία δείχνει ότι η θολότητα του διαλύματος εμφανίζεται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού στοιχειακού θείου, δηλ. ροή διαδικασίας:

H 2 S → S + 2H +

Αυτό το σχήμα εξισώνεται με τον αριθμό των ατόμων. Για να εξισώσετε με τον αριθμό των φορτίων, πρέπει να αφαιρέσετε δύο ηλεκτρόνια από την αριστερή πλευρά του διαγράμματος, μετά από τα οποία μπορείτε να αντικαταστήσετε το βέλος με ένα σύμβολο ίσου:

H2S - 2е - = S + 2H +

Αυτή είναι η πρώτη ημιαντίδραση - η διαδικασία οξείδωσης του αναγωγικού παράγοντα H 2 S.

Ο αποχρωματισμός του διαλύματος σχετίζεται με τη μετάβαση του ιόντος MnO 4 - (έχει βυσσινί χρώμα) στο ιόν Mn 2+ (σχεδόν άχρωμο και μόνο σε υψηλές συγκεντρώσεις έχει αχνό ροζ χρώμα), το οποίο μπορεί να εκφραστεί από το διάγραμμα

MnO 4 - → Mn 2+

Σε ένα όξινο διάλυμα, το οξυγόνο, το οποίο είναι μέρος των ιόντων MnO 4, μαζί με τα ιόντα υδρογόνου σχηματίζουν τελικά νερό. Επομένως, γράφουμε τη διαδικασία μετάβασης ως εξής:

MnO 4 - + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O

Για να αντικαταστήσετε το βέλος με σύμβολο ίσου, οι χρεώσεις πρέπει επίσης να εξισωθούν. Εφόσον οι αρχικές ουσίες έχουν επτά θετικά φορτία (7+) και οι τελικές ουσίες έχουν δύο θετικά φορτία (2+), τότε για να εκπληρωθεί η προϋπόθεση διατήρησης των φορτίων, πρέπει να προστεθούν πέντε ηλεκτρόνια στην αριστερή πλευρά του διαγράμματος:

MnO 4 - + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O

Αυτή είναι η δεύτερη ημιαντίδραση - η διαδικασία αναγωγής του οξειδωτικού παράγοντα, δηλ. υπερμαγγανικό ιόν

Για να συντάξετε μια γενική εξίσωση αντίδρασης, είναι απαραίτητο να προσθέσετε τις εξισώσεις μισής αντίδρασης ανά όρο, έχοντας προηγουμένως εξισώσει τους αριθμούς των ηλεκτρονίων που δόθηκαν και ελήφθησαν. Σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με τους κανόνες για την εύρεση του μικρότερου πολλαπλάσιου, προσδιορίζονται οι αντίστοιχοι παράγοντες με τους οποίους πολλαπλασιάζονται οι εξισώσεις μισής αντίδρασης. Η συντομευμένη μορφή έχει ως εξής:

Και, μειώνοντας κατά 10H +, τελικά παίρνουμε

5H 2 S + 2MnO 4 - + 6H + = 5S + 2Mn 2+ + 8H 2 O

Ελέγχουμε την ορθότητα της εξίσωσης που έχει συνταχθεί σε ιοντική μορφή: ο αριθμός των ατόμων οξυγόνου στην αριστερή πλευρά είναι 8, στη δεξιά πλευρά 8. αριθμός φορτίσεων: στην αριστερή πλευρά (2-)+(6+) = 4+, στη δεξιά πλευρά 2(2+) = 4+. Η εξίσωση είναι γραμμένη σωστά, αφού τα άτομα και τα φορτία είναι ίσα.

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ημι-αντίδρασης, η εξίσωση αντίδρασης συντάσσεται σε ιοντική μορφή. Για να μετακινηθούμε από αυτήν στην εξίσωση σε μοριακή μορφή, κάνουμε αυτό: στην αριστερή πλευρά της ιοντικής εξίσωσης, επιλέγουμε το αντίστοιχο κατιόν για κάθε ανιόν και για κάθε κατιόν - ένα ανιόν. Στη συνέχεια γράφουμε τα ίδια ιόντα στον ίδιο αριθμό στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης, μετά από την οποία συνδυάζουμε τα ιόντα σε μόρια:

Έτσι, η σύνταξη εξισώσεων για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ημι-αντίδρασης οδηγεί στο ίδιο αποτέλεσμα με τη μέθοδο του ισοζυγίου ηλεκτρονίων.

Ας συγκρίνουμε και τις δύο μεθόδους. Το πλεονέκτημα της μεθόδου μισής αντίδρασης σε σύγκριση με τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας είναι ότι. ότι δεν χρησιμοποιεί υποθετικά ιόντα, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχοντα. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν ιόντα σε ένα διάλυμα, αλλά υπάρχουν ιόντα.

Με τη μέθοδο ημιαντίδρασης, δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την κατάσταση οξείδωσης των ατόμων.

Η σύνταξη μεμονωμένων ιοντικών εξισώσεων ημιαντίδρασης είναι απαραίτητη για την κατανόηση των χημικών διεργασιών σε ένα γαλβανικό στοιχείο και στην ηλεκτρόλυση. Με αυτή τη μέθοδο είναι ορατός ο ρόλος του περιβάλλοντος ως ενεργού συμμετέχοντος στην όλη διαδικασία. Τέλος, όταν χρησιμοποιείτε τη μέθοδο μισής αντίδρασης, δεν χρειάζεται να γνωρίζετε όλες τις ουσίες που προκύπτουν· εμφανίζονται στην εξίσωση της αντίδρασης όταν αυτή προέρχεται. Επομένως, η μέθοδος των ημι-αντιδράσεων θα πρέπει να προτιμάται και να χρησιμοποιείται κατά τη σύνταξη εξισώσεων για όλες τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που συμβαίνουν σε υδατικά διαλύματα.

Οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν με αλλαγές στις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων ονομάζονται οξειδοαναγωγή.

Βασικές αρχές της θεωρίας της οξείδωσης-αναγωγής

1. Η διαδικασία της απελευθέρωσης ηλεκτρονίων από ένα άτομο ή ιόν ονομάζεται οξείδωση:

S 0 - 4e - ® S 4+ (οξείδωση)

Το άτομο ή το ιόν που δίνει ηλεκτρόνια ονομάζεται αναγωγικός παράγοντας (αναγωγικός παράγοντας): Zn 0 -2e - ® Zn 2+ (οξείδωση).

2. Η διαδικασία προσθήκης ηλεκτρονίων από ένα άτομο ή ιόν ονομάζεται αναγωγή: S 6+ + 8e - ® S 2- (αναγωγή).

Τα άτομα ή τα ιόντα που δέχονται ηλεκτρόνια ονομάζονται οξειδωτικοί παράγοντες (οξειδωτικός παράγοντας): Cl - + e - ® Cl 0 (αναγωγή).

Ο οξειδωτικός παράγοντας ανάγεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης και ο αναγωγικός παράγοντας οξειδώνεται. Η οξείδωση είναι αδύνατη χωρίς την ταυτόχρονη αναγωγή, και αντίστροφα, η αναγωγή μιας ουσίας είναι αδύνατη χωρίς την ταυτόχρονη οξείδωση μιας άλλης.

3. Στις διεργασίες οξειδοαναγωγής, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται στη διαδικασία οξείδωσης πρέπει πάντα να είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που γίνονται δεκτά στη διαδικασία αναγωγής.

Παράδειγμα:

Cu 2+ O 2- + H 2 0 = Cu 0 + H 2 O 2-

οξειδωτικό μέσο Cu 2+ +2e - ® Cu 0 αναγωγή

αναγωγικός παράγοντας H 2 0 - 2e - ® 2H + οξείδωση

4. Η εξίσωση του αριθμού των δεδομένων και των λαμβανόμενων ηλεκτρονίων πραγματοποιείται με την επιλογή συντελεστών με την προκαταρκτική σύνταξη μιας εξίσωσης ηλεκτρονικής ισορροπίας

Παράδειγμα:

Pb 2+ S 2- + HNO 3 ® S 0 + Pb 2+ (NO 3) 2 + N 2+ O 2- + H 2 O

Αναγωγικό S 2- - 2e - ® S 0 3 οξείδωση

οξειδωτικό N 5+ + 3e - ® N 2+ 2 αναγωγή

3PbS + 8HNO 3 ® 3S + 3Pb(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

5. Κατά τη σύνθεση της εξίσωσης ηλεκτρονικής ισορροπίας, είναι απαραίτητο να προχωρήσουμε από τον αριθμό των ατόμων ή ιόντων που περιλαμβάνονται στο μόριο της αρχικής ουσίας και μερικές φορές στο μόριο των προϊόντων αντίδρασης

Παράδειγμα:

K 2 Cr 2 6+ O 7 + H 2 SO 4 + KJ - ® J 2 0 + Cr 2 3+ (SO 4) 3 + K 2 SO 4 +H 2 O

Οξειδωτικό μέσο 2Cr 6+ + 6e - ® 2Cr 3+ 2 1 αναγωγή

αναγωγικός παράγοντας 2J - - 2e - ® J 2 0 6 3 οξείδωση

6. Οι διεργασίες οξειδοαναγωγής συμβαίνουν συχνότερα παρουσία ενός μέσου: ουδέτερου, όξινου ή αλκαλικού.

Επιλογή συντελεστών σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Κατά την επιλογή των συντελεστών, πρέπει να ληφθεί υπόψη η βασική θέση: ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται από την αναγωγή είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που λαμβάνονται από την οξείδωση.

Μετά την αναγνώριση του οξειδωτικού παράγοντα, του αναγωγικού παράγοντα, συντάσσεται ψηφιακό διάγραμμα της μετάπτωσης ηλεκτρονίων (εξίσωση ηλεκτρονικής ισορροπίας) στην αντίστοιχη εξίσωση αντίδρασης.

Παράδειγμα 1. Al + Cl 2 ® AlCl 3, όπου το Al – αναγωγικός παράγοντας, Cl2-οξειδωτικός παράγοντας.

Διάγραμμα μετάβασης ηλεκτρονίων:

Al 0 - 3e - ® Al +3 3 1 οξείδωση

Cl 0 + e - ® Cl 1 1 3 μείωση

Από αυτό το διάγραμμα είναι σαφές ότι για ένα άτομο αλουμινίου που οξειδώνεται, απαιτούνται τρία άτομα χλωρίου για να δεχτούν αυτά τα τρία ηλεκτρόνια (βλ. τη δεύτερη στήλη). Επομένως, για κάθε άτομο αλουμινίου χρειάζονται τρία άτομα χλωρίου ή για δύο άτομα αλουμινίου χρειάζονται τρία μόρια χλωρίου. Παίρνουμε τους συντελεστές:

2Al + 3Cl2 = AlCl3.

Παράδειγμα 2. N 3- H 3 + O 0 2 ® N 2 + O 2- + H 2 O, όπου το O 2 είναι ένας τυπικός οξειδωτικός παράγοντας και το N 3- H 3 παίζει το ρόλο ενός αναγωγικού παράγοντα.

Συντάσσουμε ένα διάγραμμα (ηλεκτρονικό ισοζύγιο):

Οξείδωση N 3- - 5e - ® N +2 5 2 4

O 0 + 2e - ® O -2 2 5 10 ανάκτηση

Για 4 άτομα αζώτου απαιτούνται 10 άτομα ή 5 μόρια οξυγόνου. Παίρνουμε τους συντελεστές:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.

Ειδικές περιπτώσεις σύνθεσης ισοτήτων για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

1. Εάν σε μια αντίδραση ο αριθμός των ηλεκτρονίων που χάνονται από τον αναγωγικό παράγοντα και ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δέχεται ο οξειδωτικός παράγοντας είναι ζυγοί, τότε κατά την εύρεση των συντελεστών, ο αριθμός των ηλεκτρονίων διαιρείται με τον μεγαλύτερο κοινό διαιρέτη.

Παράδειγμα:

H 2 SO 3 + HClO 3 ® H 2 SO 4 + HCl

Αναγωγικό S +4 - 2е - ® S +6 6 3 οξείδωση

οξειδωτικός παράγονταςCl +5 + 6e - ® Cl - 2 1 αναγωγή

Οι συντελεστές του αναγωγικού και του οξειδωτικού παράγοντα δεν θα είναι 2 και 6, αλλά 1 και 3:

3H 2 SO 3 +3HClO 3 =3H 2 SO 4 +HCl.

Εάν ο αριθμός των ηλεκτρονίων που χάνονται από τον αναγωγικό παράγοντα και αποκτώνται από τον οξειδωτικό παράγοντα είναι μονός και η αντίδραση πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα ζυγό αριθμό ατόμων, τότε οι συντελεστές διπλασιάζονται.

Παράδειγμα:

KJ - + KMn +7 O 4 + H 2 S +6 O 4 ® J o 2 + K 2 S +6 O 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O

Αναγωγικό J - -1e - ® J o 5 10 οξείδωση

Οι συντελεστές του οξειδωτικού και του αναγωγικού παράγοντα δεν θα είναι 1 και 5, αλλά 2 και 10:

10KJ + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5J 2 + 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O.

2. Μερικές φορές ένας αναγωγικός παράγοντας ή ένας οξειδωτικός παράγοντας καταναλώνεται επιπροσθέτως για τη σύνδεση των προϊόντων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης.

Παράδειγμα:

HBr - + KMn +7 O 4 + HBr ®Br 0 2 + KBr - + Mn +2 Br 2 0 + H 2 O

Αναγωγικό Br - - e - ® Br 0 5 10 οξείδωση

οξειδωτικό μέσο Mn +7 + 5e - ® Mn +2 1 2 αναγωγή

Σε αυτή την αντίδραση, δέκα μόρια HBr αντιδρούν ως αναγωγικοί παράγοντες και χρειάζονται έξι μόρια HBr για τη σύνδεση των ουσιών που προκύπτουν (σχηματισμός άλατος):

10HBr + 2KMnO 4 + 6HBr = 5Br 2 + 2KBr + 2MnBr 2 + 8H 2 O.

3. Τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά ιόντα του μορίου του αναγωγικού παράγοντα οξειδώνονται ταυτόχρονα.

Παράδειγμα:

Ως 2 +3 S 3 -2 + HN +5 O 3 ® H 3 As +5 O 4 + H 2 S +6 O 4 + N +2 O + H 2 O

Εδώ, τα ιόντα As +3 οξειδώνονται σε ιόντα As 2 +3 και ταυτόχρονα τα ιόντα S-2 οξειδώνονται σε ιόντα S +6 και τα ανιόντα N +5 ανάγονται σε N +2.

2Αs +3 - 4e - ® 2Аs +5

αναγωγικοί παράγοντες 3S -2 - 24e - ® 3S +6 οξείδωση

οξειδωτικό N +5 + 3e - ® N +2 αναγωγή

Σε αυτή την αντίδραση, για κάθε τρία μόρια As 2 S 3, αντιδρούν 28 μόρια HNO 3. Ελέγχουμε την ορθότητα των εξισώσεων για την αντίδραση μετρώντας τα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου στη δεξιά και την αριστερή πλευρά. Έτσι, διαπιστώνουμε ότι 4 ακόμη μόρια νερού εισέρχονται στην αντίδραση, τα οποία πρέπει να αντιστοιχιστούν στην αριστερή πλευρά της ισότητας για την τελική καταγραφή της:

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O = 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

2As +3 –4e®2As +5 4

3S -2 –24e®3S + 24

Αναγωγικά 2As +3 + 3S -2 - 28e - ®2As +5 + 3S +6 3 οξείδωση

οξειδωτικός παράγοντας N +5 + 3e - ®N +2 28 αναγωγή

4. Ένας αναγωγικός παράγοντας και ένας οξειδωτικός παράγοντας είναι ιόντα του ίδιου στοιχείου, αλλά περιλαμβάνονται στη σύνθεση διαφορετικών ουσιών.

Παράδειγμα:

KJ - + KJ +5 O 3 + H 2 SO 4 ® J 0 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

Αναγωγικό J - - e - ® J 0 5 οξείδωση

οξειδωτικό μέσο J +5 + 5e - ®J 0 1 αναγωγή

5KJ + KJO 3 + 3H 2 SO 4 = 3J 2 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O.

5. Ένας αναγωγικός παράγοντας και ένας οξειδωτικός παράγοντας είναι ιόντα του ίδιου στοιχείου που αποτελούν μέρος μιας ουσίας (αυτο-οξείδωση - αυτοθεραπεία).

Παράδειγμα:

HN +3 O 2 ® HN +5 O 3 + N +2 O + H 2 O

Αναγωγικός παράγοντας N +3 - 2e - ® N +5 1 οξείδωση

οξειδωτικό παράγοντα N +3 + e - ® N +2 2 αναγωγή

Επομένως, η ισότητα της αντίδρασης

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής – αντιδράσεις που συμβαίνουν με αλλαγή της κατάστασης οξείδωσης των στοιχείων.

Οξείδωση- η διαδικασία της απόσυρσης ηλεκτρονίων από ένα άτομο

Ανάκτηση- η διαδικασία λήψης ηλεκτρονίων από ένα άτομο

Αναγωγικό μέσο- ένα στοιχείο που δίνει ηλεκτρόνια

Οξειδωτής– στοιχείο που δέχεται ηλεκτρόνια

Για μια οπτική, αλλά απλοποιημένη ιδέα των λόγων για την αλλαγή των φορτίων των στοιχείων, ας στραφούμε στα σχήματα:

Ένα άτομο είναι ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σωματίδιο. Επομένως ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων

Εάν ένα στοιχείο εγκαταλείψει ένα ηλεκτρόνιο, το φορτίο του αλλάζει. Γίνεται θετικά φορτισμένο (αν δέχεται, αντίθετα, αρνητικά)

Οτι. Το φορτίο ενός στοιχείου επηρεάζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που δίνονται ή λαμβάνονται

I. Σύνταξη εξισώσεων για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

1. Καταγράψτε το σχήμα αντίδρασης

Na + Cl 2 -> NaCl

2. Τακτοποιούμε τις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων:

Na 0 + Cl 2 0 -> Na + Cl -

3. Καταγράφουμε τα στοιχεία που άλλαξαν την κατάσταση οξείδωσης και προσδιορίζουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων που δόθηκαν/έλαβαν:

Na 0 -1e -> Na +

Cl 2 +2e ->2Cl -

4. Βρείτε το ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο των αριθμών των δωρεών και των συνδεδεμένων ηλεκτρονίων:

Οτι. πήραμε τους απαραίτητους συντελεστές

5. Ορίζουμε τους συντελεστές:

2Na 0 + Cl 2 0 -> 2Na + Cl —

Οξειδωτικοί παράγοντεςείναι σωματίδια (άτομα, μόρια ή ιόντα) που δέχονται ηλεκτρόνιακατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Σε αυτή την περίπτωση, η κατάσταση οξείδωσης του οξειδωτικού παράγοντα κατεβαίνει. Οξειδωτικοί παράγοντες αποκαθίστανται.

Αναστηλωτές είναι σωματίδια (άτομα, μόρια ή ιόντα) που δωρίζουν ηλεκτρόνιακατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Σε αυτή την περίπτωση, η κατάσταση οξείδωσης του αναγωγικού παράγοντα ανεβαίνει. Μειωτές σε αυτή την περίπτωση οξειδώνω.

Οι χημικές ουσίες μπορούν να χωριστούν σε τυπικά οξειδωτικά μέσα, τυπικοί αναγωγικοί παράγοντες, και ουσίες που μπορεί να εμφανιστούν τόσο οξειδωτικές όσο και αναγωγικές ιδιότητες. Ορισμένες ουσίες δεν παρουσιάζουν ουσιαστικά καμία οξειδοαναγωγική δράση.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ τυπικά οξειδωτικά μέσα περιλαμβάνω:

• απλές ουσίες - αμέταλλα με τις ισχυρότερες οξειδωτικές ιδιότητες (φθόριο F 2, οξυγόνο O 2, χλώριο Cl 2).
• ιόντωνμέταλλα ή αμέταλλαΜε υψηλές θετικές (συνήθως υψηλότερες) καταστάσεις οξείδωσης : οξέα (HN +5 O 3, HCl +7 O 4), άλατα (KN +5 O 3, KMn +7 O 4), οξείδια (S +6 O 3, Cr +6 O 3)
• ενώσεις που περιέχουν μερικά μεταλλικά κατιόνταέχοντας υψηλές καταστάσεις οξείδωσης: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+, κ.λπ.

Τυπικοί αναγωγικοί παράγοντες - αυτό είναι κατά κανόνα:

• απλές ουσίες - μέταλλα(οι αναγωγικές ικανότητες των μετάλλων καθορίζονται από μια σειρά ηλεκτροχημικών δραστηριοτήτων).
• σύνθετες ουσίες που περιέχουν άτομα ή ιόντα μη μετάλλων με αρνητική (συνήθως χαμηλότερη) κατάσταση οξείδωσης: δυαδικές ενώσεις υδρογόνου (H2S, HBr), άλατα οξέων ελεύθερων οξυγόνου (K2S, NaI);
• ορισμένες ενώσεις που περιέχουν κατιόντα με ελάχιστη θετική κατάσταση οξείδωσης(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), τα οποία, δίνοντας ηλεκτρόνια, μπορεί να αυξήσει την οξειδωτική τους κατάσταση;
• ενώσεις που περιέχουν σύμπλοκα ιόντα που αποτελούνται από αμέταλλα με ενδιάμεση θετική κατάσταση οξείδωσης(S +4 O 3) 2–, (НР +3 O 3) 2–, στο οποίο τα στοιχεία μπορούν, δίνοντας ηλεκτρόνια, αυξάνει την κατάσταση θετικής οξείδωσής του.

Οι περισσότερες άλλες ουσίες μπορεί να εμφανιστούν τόσο οξειδωτικές όσο και αναγωγικές ιδιότητες.

Τυπικοί οξειδωτικοί και αναγωγικοί παράγοντες δίνονται στον πίνακα.

Στην εργαστηριακή πρακτική τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι τα ακόλουθα οξειδωτικά μέσα :

υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO 4);

διχρωμικό κάλιο (K 2 Cr 2 O 7);

νιτρικό οξύ (HNO 3);

πυκνό θειικό οξύ (H 2 SO 4);

υπεροξείδιο του υδρογόνου (H 2 O 2);

οξείδια μαγγανίου (IV) και μολύβδου (IV) (MnO 2, PbO 2);

λιωμένο νιτρικό κάλιο (KNO 3) και τήγματα κάποιων άλλων νιτρικών.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ εργάτες αποκατάστασης , που ισχύουν V εργαστηριακή πρακτική σχετίζομαι:

• μαγνήσιο (Mg), αλουμίνιο (Al), ψευδάργυρος (Zn) και άλλα ενεργά μέταλλα.
• υδρογόνο (Η2) και άνθρακας (C);
• ιωδιούχο κάλιο (KI);
• θειούχο νάτριο (Na2S) και υδρόθειο (H2S);
• θειώδες νάτριο (Na 2 SO 3);
• χλωριούχος κασσίτερος (SnCl 2).

Ταξινόμηση οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συνήθως χωρίζονται σε τέσσερις τύπους: διαμοριακές, ενδομοριακές, αντιδράσεις δυσαναλογίας (αυτο-οξείδωσης-αυτοαναγωγής) και αντιδράσεις αντιαναλογικότητας.

Διαμοριακές αντιδράσεις συμβαίνουν με μια αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης διαφορετικά στοιχείααπό διαφορετικά αντιδραστήρια. Σε αυτήν την περίπτωση, διάφορα προϊόντα οξείδωσης και αναγωγής .

2Al 0 + Fe +3 2 O 3 → Al +3 2 O 3 + 2Fe 0,

C 0 + 4HN +5 O 3 (συμπ.) = C +4 O 2 + 4N +4 O 2 + 2H 2 O.

Ενδομοριακές αντιδράσεις - πρόκειται για αντιδράσεις στις οποίες διαφορετικά στοιχείααπό ένα αντιδραστήριοπαω σε διαφορετικά προϊόντα, για παράδειγμα:

(Ν -3 Η 4) 2 Cr +6 2 O 7 → N 2 0 + Cr +3 2 O 3 + 4 H 2 O,

2 NaN +5 O -2 3 → 2 NaN +3 O 2 + O 0 2 .

Αντιδράσεις δυσαναλογίας (αυτο-οξείδωση-αυτοθεραπεία) είναι αντιδράσεις στις οποίες ο οξειδωτικός παράγοντας και ο αναγωγικός παράγοντας είναι το ίδιο στοιχείο του ίδιου αντιδραστηρίου,που στη συνέχεια μετατρέπεται σε διαφορετικά προϊόντα:

3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H 2 O,

Αναλογία (αναλογία, αντιαναλογία ) είναι αντιδράσεις στις οποίες είναι ο οξειδωτικός και ο αναγωγικός παράγοντας το ίδιο στοιχείο, Ποιο από τα διαφορετικά αντιδραστήριαπηγαίνει σε ένας προϊόν. Η αντίδραση είναι το αντίθετο της δυσαναλογίας.

2H 2 S -2 + S +4 O 2 = 3S + 2H 2 O

Βασικοί κανόνες για τη σύνθεση οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συνοδεύονται από διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής:

Οξείδωσηείναι η διαδικασία δωρεάς ηλεκτρονίων από έναν αναγωγικό παράγοντα.

Ανάκτηση είναι η διαδικασία απόκτησης ηλεκτρονίων από έναν οξειδωτικό παράγοντα.

Οξειδωτής αποκαθίσταταικαι τον αναγωγικό παράγοντα οξειδώνεται .

Σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής παρατηρείται ηλεκτρονικό ισοζύγιο: Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνει ο αναγωγικός παράγοντας είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που κερδίζει ο οξειδωτικός παράγοντας. Εάν ο ισολογισμός έχει συνταχθεί λανθασμένα, δεν θα μπορείτε να δημιουργήσετε σύνθετα OVR.

Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη σύνθεση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής (ORR): η μέθοδος ισορροπίας ηλεκτρονίων, η μέθοδος ισορροπίας ηλεκτρονίων-ιόντων (μέθοδος μισής αντίδρασης) και άλλες.

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά μέθοδος ηλεκτρονικού ισοζυγίου .

Είναι πολύ εύκολο να "προσδιορίσετε" το ORR - αρκεί να οργανώσετε τις καταστάσεις οξείδωσης σε όλες τις ενώσεις και να καθορίσετε ότι τα άτομα αλλάζουν την κατάσταση οξείδωσης:

K + 2 S -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0

Γράφουμε χωριστά τα άτομα των στοιχείων που αλλάζουν την κατάσταση οξείδωσης, στην κατάσταση ΠΡΙΝ την αντίδραση και ΜΕΤΑ την αντίδραση.

Η κατάσταση οξείδωσης αλλάζει από τα άτομα μαγγανίου και θείου:

S -2 -2e = S 0

Mn +7 + 1e = Mn +6

Το μαγγάνιο απορροφά 1 ηλεκτρόνιο, το θείο δίνει 2 ηλεκτρόνια. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να συμμορφωθείτε ηλεκτρονικό ισοζύγιο. Επομένως, είναι απαραίτητο να διπλασιαστεί ο αριθμός των ατόμων μαγγανίου και να αφεθεί αμετάβλητος ο αριθμός των ατόμων θείου. Υποδεικνύουμε συντελεστές ισορροπίας τόσο πριν από τα αντιδραστήρια όσο και πριν από τα προϊόντα!

Σχέδιο για τη σύνταξη εξισώσεων OVR χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικού ισοζυγίου:

Προσοχή!Μπορεί να υπάρχουν αρκετοί οξειδωτικοί ή αναγωγικοί παράγοντες σε μια αντίδραση. Η ισορροπία πρέπει να σχηματιστεί έτσι ώστε ο ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται και λαμβάνονται να είναι ο ίδιος.

Γενικά πρότυπα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Τα προϊόντα των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής συχνά εξαρτώνται από προϋποθέσεις για τη διαδικασία. Ας σκεφτούμε κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την πορεία των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής.

Ο πιο προφανής καθοριστικός παράγοντας είναι περιβάλλον διαλύματος αντίδρασης — . Τυπικά (αλλά όχι απαραίτητα), η ουσία που ορίζει το μέσο αναφέρεται στα αντιδραστήρια. Είναι δυνατές οι ακόλουθες επιλογές:

• οξειδωτική δραστηριότητα ενισχύεται σε πιο όξινο περιβάλλον και ο οξειδωτικός παράγοντας μειώνεται βαθύτερα(για παράδειγμα, υπερμαγγανικό κάλιο, KMnO 4, όπου το Mn +7 σε όξινο περιβάλλον μειώνεται σε Mn +2 και σε ένα αλκαλικό περιβάλλον - σε Mn +6).
• οξειδωτική δραστηριότητα αυξάνεται σε πιο αλκαλικό περιβάλλονκαι ο οξειδωτικός παράγοντας μειώνεται βαθύτερα (για παράδειγμα, νιτρικό κάλιο KNO 3, όπου το Ν +5, όταν αλληλεπιδρά με έναν αναγωγικό παράγοντα σε αλκαλικό περιβάλλον, μειώνεται σε Ν -3).
• ή ο οξειδωτικός παράγοντας πρακτικά δεν υπόκειται σε αλλαγές στο περιβάλλον.

Το περιβάλλον αντίδρασης καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της σύνθεσης και της μορφής ύπαρξης των υπόλοιπων προϊόντων OVR. Η βασική αρχή είναι ότι σχηματίζονται προϊόντα που δεν αλληλεπιδρούν με αντιδραστήρια!

Σημείωση! μιΕάν το μέσο του διαλύματος είναι όξινο, τότε δεν μπορούν να υπάρχουν βάσεις και βασικά οξείδια μεταξύ των προϊόντων αντίδρασης, γιατί αντιδρούν με οξύ. Και, αντίστροφα, σε αλκαλικό περιβάλλον αποκλείεται ο σχηματισμός οξέος και οξειδίου οξέος. Αυτό είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα και πιο σοβαρά λάθη.

Η κατεύθυνση της ροής του OVR επηρεάζεται επίσης από φύση των αντιδρώντων ουσιών. Για παράδειγμα, όταν το νιτρικό οξύ HNO 3 αλληλεπιδρά με αναγωγικούς παράγοντες, παρατηρείται ένα μοτίβο - όσο μεγαλύτερη είναι η δραστηριότητα του αναγωγικού παράγοντα, τόσο περισσότερο μειώνεται το άζωτο N +5.

Όταν αυξάνεται θερμοκρασία Οι περισσότερες ODD τείνουν να είναι πιο έντονες και βαθύτερες.

Σε ετερογενείς αντιδράσεις, η σύνθεση των προϊόντων συχνά επηρεάζεται από βαθμός λείανσης στερεών . Για παράδειγμα, ο ψευδάργυρος σε σκόνη με νιτρικό οξύ σχηματίζει ορισμένα προϊόντα, ενώ ο κοκκοποιημένος ψευδάργυρος σχηματίζει εντελώς διαφορετικά. Όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός λείανσης του αντιδραστηρίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η δραστηριότητά του, συνήθως.

Ας δούμε τα πιο τυπικά εργαστηριακά οξειδωτικά μέσα.

Βασικά σχήματα οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων

Σχέδιο ανάκτησης υπερμαγγανικού

Τα υπερμαγγανικά περιέχουν έναν ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα - μαγγάνιοσε κατάσταση οξείδωσης +7. Άλατα μαγγανίου +7 χρωματίζουν το διάλυμα βιολέταχρώμα.

Τα υπερμαγγανικά, ανάλογα με το περιβάλλον του διαλύματος της αντίδρασης, μειώνονται με διάφορους τρόπους.

ΣΕ όξινο περιβάλλον η ανάκτηση συμβαίνει πιο βαθιά, να Mn 2+. Το οξείδιο του μαγγανίου σε κατάσταση οξείδωσης +2 εμφανίζει βασικές ιδιότητες, επομένως σε όξινο περιβάλλον σχηματίζεται αλάτι. Άλατα μαγγανίου +2 άχρωμος. ΣΕ ουδέτερο διάλυμα το μαγγάνιο μειώνεται σε κατάσταση οξείδωσης +4 , με εκπαίδευση αμφοτερικό οξείδιο MnO 2 — καφέ ίζημα αδιάλυτο σε οξέα και αλκάλια. ΣΕ αλκαλικήπεριβάλλον, το μαγγάνιο αποκαθίσταται ελάχιστα - στο πλησιέστερο καταστάσεις οξείδωσης +6 . Οι ενώσεις μαγγανίου +6 εμφανίζουν όξινες ιδιότητες και σχηματίζουν άλατα σε αλκαλικό περιβάλλον - μαγγανικά. Τα μαγγανικά προσδίδουν στο διάλυμα πράσινο χρώμα .

Ας εξετάσουμε την αλληλεπίδραση του υπερμαγγανικού καλίου KMnO 4 με το θειούχο κάλιο σε όξινα, ουδέτερα και αλκαλικά μέσα. Σε αυτές τις αντιδράσεις, το προϊόν οξείδωσης του σουλφιδικού ιόντος είναι S0.

5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,

3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O = 2 MnO 2 ↓ + 3 S↓ + 8 KOH,

Ένα κοινό λάθος σε αυτή την αντίδραση είναι να υποδεικνύεται η αλληλεπίδραση θείου και αλκαλίου στα προϊόντα της αντίδρασης. Ωστόσο, το θείο αλληλεπιδρά με τα αλκάλια κάτω από μάλλον σκληρές συνθήκες (αυξημένη θερμοκρασία), κάτι που δεν αντιστοιχεί στις συνθήκες αυτής της αντίδρασης. Υπό κανονικές συνθήκες, θα ήταν σωστό να αναφέρουμε το μοριακό θείο και το αλκάλιο χωριστά και όχι τα προϊόντα της αλληλεπίδρασής τους.

K 2 S + 2 KMnO 4 –(KOH)= 2 K 2 MnO 4 + S↓

Προκύπτουν επίσης δυσκολίες κατά τη σύνθεση αυτής της αντίδρασης. Το γεγονός είναι ότι σε αυτή την περίπτωση, η εγγραφή ενός μορίου του μέσου (ΚΟΗ ή άλλου αλκαλίου) στα αντιδραστήρια δεν απαιτείται για την εξίσωση της αντίδρασης. Το αλκάλι συμμετέχει στην αντίδραση και καθορίζει το προϊόν της αναγωγής του υπερμαγγανικού καλίου, αλλά τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα εξισώνονται χωρίς τη συμμετοχή του. Αυτό το φαινομενικά παράδοξο μπορεί εύκολα να επιλυθεί αν θυμηθούμε ότι μια χημική αντίδραση είναι απλώς ένας συμβατικός συμβολισμός που δεν υποδεικνύει κάθε διεργασία που συμβαίνει, αλλά είναι απλώς μια αντανάκλαση του αθροίσματος όλων των διεργασιών. Πώς να το προσδιορίσετε μόνοι σας; Αν ακολουθήσετε το κλασικό σχήμα - ισοζύγιο - συντελεστές ισορροπίας - εξισορρόπηση μετάλλων, τότε θα δείτε ότι τα μέταλλα εξισώνονται με συντελεστές ισορροπίας και η παρουσία αλκαλίων στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης αντίδρασης θα είναι περιττή.

Υπερμαγγανικάοξειδώνω:

• αμέταλλαμε αρνητική κατάσταση οξείδωσης σε απλές ουσίες (με κατάσταση οξείδωσης 0), εξαιρέσεις — φώσφορος, αρσενικό - έως +5 ;
• αμέταλλαμε ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης στον υψηλότερο βαθμό οξείδωσης.
• ενεργά μέταλλα σταθερό θετικό βαθμός οξείδωσης του μετάλλου.

KMnO 4 + neMe (χαμηλότερη d.o.) = neMe 0 + άλλα προϊόντα

KMnO 4 + neMe (ενδιάμεσο d.o.) = neMe (υψηλότερο d.o.) + άλλα προϊόντα

KMnO 4 + Me 0 = Me (stable s.o.) + άλλα προϊόντα

KMnO 4 + P -3 , As -3 = P +5 , As +5 + άλλα προϊόντα

Σχέδιο ανάκτησης χρωμικού/διχρωμικού

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του χρωμίου με σθένος VI είναι ότι σχηματίζει 2 τύπους αλάτων σε υδατικά διαλύματα: χρωμικά και διχρωμικά, ανάλογα με το περιβάλλον του διαλύματος. Ενεργά χρωμικά μέταλλα (για παράδειγμα, K 2 CrO 4) είναι άλατα που είναι σταθερά σε αλκαλικήπεριβάλλον. Διχρωμικά (διχρωμικά) ενεργών μετάλλων (για παράδειγμα, K 2 Cr 2 O 7) - άλατα, σταθερά σε όξινο περιβάλλον .

Οι ενώσεις του χρωμίου(VI) μειώνονται σε ενώσεις χρωμίου (III). . Οι ενώσεις του χρωμίου Cr +3 είναι αμφοτερικές και ανάλογα με το περιβάλλον του διαλύματος υπάρχουν σε διάλυμα σε διάφορες μορφές: σε όξινο περιβάλλον με τη μορφή άλατα(οι αμφοτερικές ενώσεις σχηματίζουν άλατα όταν αλληλεπιδρούν με οξέα), αδιάλυτα σε ουδέτερο περιβάλλον αμφοτερικό υδροξείδιο χρωμίου (III) Cr(OH) 3 και σε αλκαλικό περιβάλλον σχηματίζονται ενώσεις χρωμίου (III). σύνθετο αλάτι, Για παράδειγμα, εξαϋδροξοχρωμικό κάλιο (III) K 3 .

Ενώσεις χρωμίου VIοξειδώνω:

• αμέταλλασε κατάσταση αρνητικής οξείδωσης σε απλές ουσίες (με κατάσταση οξείδωσης 0), εξαιρέσεις — φώσφορο, αρσενικό - έως +5;
• αμέταλλασε ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης στον υψηλότερο βαθμό οξείδωσης.
• ενεργά μέταλλα από απλές ουσίες (στάδιο οξείδωσης 0) σε ενώσεις με σταθερό θετικό βαθμός οξείδωσης του μετάλλου.

Chromate/bichromate + NeMe (αρνητικό d.o.) = NeMe 0 + άλλα προϊόντα

Chromate/bichromate + neMe (ενδιάμεση θετική d.o.) = neMe (υψηλότερη d.o.) + άλλα προϊόντα

Chromate/bichromate + Me 0 = Me (stable d.o.) + άλλα προϊόντα

Chromate/dichromate + P, As (αρνητικό d.o.) = P, As +5 + άλλα προϊόντα

Νιτρική αποσύνθεση

Τα νιτρικά άλατα περιέχουν άζωτο σε κατάσταση οξείδωσης +5 - δυνατός οξειδωτής. Ένα τέτοιο άζωτο μπορεί να οξειδώσει το οξυγόνο (Ο -2). Αυτό συμβαίνει όταν τα νιτρικά άλατα θερμαίνονται. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το οξυγόνο οξειδώνεται σε κατάσταση οξείδωσης 0, δηλ. πριν μοριακός οξυγόνο Ο2 .

Ανάλογα με τον τύπο του μετάλλου που σχηματίζει το αλάτι, σχηματίζονται διάφορα προϊόντα κατά τη θερμική (θερμοκρασία) αποσύνθεση των νιτρικών αλάτων: εάν ενεργό μέταλλο(στη σειρά ηλεκτροχημικής δραστηριότητας υπάρχουν στο μαγνήσιο), τότε το άζωτο ανάγεται στην κατάσταση οξείδωσης +3, και κατά την αποσύνθεση σχηματίζονται νιτρώδη άλατα και μοριακό οξυγόνο .

Για παράδειγμα:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2 .

Τα ενεργά μέταλλα υπάρχουν στη φύση με τη μορφή αλάτων (KCl, NaCl).

Αν ένα μέταλλο βρίσκεται στη σειρά ηλεκτροχημικής δραστηριότητας στα δεξιά του μαγνησίου και στα αριστερά του χαλκού (συμπεριλαμβανομένου του μαγνησίου και του χαλκού) , στη συνέχεια κατά την αποσύνθεση σχηματίζεται οξείδιο μετάλλουσε σταθερή κατάσταση οξείδωσης, μονοξείδιο του αζώτου (IV)(καφέ αέριο) και οξυγόνο. Το οξείδιο του μετάλλου σχηματίζεται επίσης κατά την αποσύνθεση νιτρικό λίθιο .

Για παράδειγμα, αποσύνθεση νιτρικός ψευδάργυρος:

2Zn(NO 3) 2 → 2ZnО + 4NO 2 + O 2 .

Τα μέταλλα ενδιάμεσης δραστικότητας βρίσκονται συχνότερα στη φύση με τη μορφή οξειδίων (Fe 2 O 3, Al 2 O 3, κ.λπ.).

Ιόντα μέταλλα, που βρίσκεται στη σειρά ηλεκτροχημικής δραστηριότητας στα δεξιά του χαλκούείναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες. Στο αποσύνθεση των νιτρικών αλάτωναυτοί, όπως το Ν +5, συμμετέχουν στην οξείδωση του οξυγόνου και ανάγονται σε απλές ουσίες, δηλ. σχηματίζεται μέταλλο και απελευθερώνονται αέρια - μονοξείδιο του αζώτου (IV) και οξυγόνο .

Για παράδειγμα, αποσύνθεση νιτρικός άργυρος:

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2.

Τα ανενεργά μέταλλα εμφανίζονται στη φύση ως απλές ουσίες.

Μερικές εξαιρέσεις!

Αποσύνθεση νιτρικό αμμώνιο :

Το μόριο νιτρικού αμμωνίου περιέχει τόσο οξειδωτικό όσο και αναγωγικό παράγοντα: το άζωτο στην κατάσταση οξείδωσης -3 παρουσιάζει μόνο αναγωγικές ιδιότητες, ενώ το άζωτο στην κατάσταση οξείδωσης +5 εμφανίζει μόνο οξειδωτικές ιδιότητες.

Όταν θερμαίνεται, νιτρικό αμμώνιο αποσυντίθεται. Σε θερμοκρασίες έως 270 ο C σχηματίζεται μονοξείδιο του αζώτου (I)("αέριο γέλιου") και νερό:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

Αυτό είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης αντιαναλογία .

Η προκύπτουσα κατάσταση οξείδωσης του αζώτου είναι ο αριθμητικός μέσος όρος της κατάστασης οξείδωσης των ατόμων αζώτου στο αρχικό μόριο.

Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το οξείδιο του αζώτου (I) αποσυντίθεται σε απλές ουσίες - άζωτοΚαι οξυγόνο:

2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

Στο αποσύνθεση νιτρώδες αμμώνιο NH4NO2εμφανίζεται επίσης αντιαναλογία.

Η προκύπτουσα κατάσταση οξείδωσης του αζώτου είναι επίσης ίση με τον αριθμητικό μέσο όρο των καταστάσεων οξείδωσης των αρχικών ατόμων αζώτου - οξειδωτικός παράγοντας N +3 και αναγωγικός παράγοντας N -3

NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O

Θερμική αποσύνθεση νιτρικό μαγγάνιο (II). συνοδεύεται από οξείδωση μετάλλων:

Mn(NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2

Νιτρικός σίδηρος(II). σε χαμηλές θερμοκρασίες αποσυντίθεται σε οξείδιο του σιδήρου (II), όταν θερμαίνεται, ο σίδηρος οξειδώνεται σε κατάσταση οξείδωσης +3:

2Fe(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 στους 60°C
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 σε >60°C

Νιτρικό νικέλιο (II). αποσυντίθεται σε νιτρώδη όταν θερμαίνεται.

Οξειδωτικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος

Νιτρικό οξύ Το HNO 3 όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα είναι πρακτικά δεν παράγει ποτέ υδρογόνο , σε αντίθεση με τα περισσότερα μεταλλικά οξέα.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το οξύ περιέχει έναν πολύ ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα - άζωτο σε κατάσταση οξείδωσης +5. Κατά την αλληλεπίδραση με αναγωγικούς παράγοντες - μέταλλα, σχηματίζονται διάφορα προϊόντα μείωσης του αζώτου.

Νιτρικό οξύ + μέταλλο = άλας μετάλλου + προϊόν αναγωγής αζώτου + H 2 O

Το νιτρικό οξύ κατά την αναγωγή μπορεί να μετατραπεί σε οξείδιο του αζώτου (IV) NO 2 (N +4); μονοξείδιο του αζώτου (II) ΝΟ (Ν +2); μονοξείδιο του αζώτου (I) N 2 O ("αέριο γέλιου"); μοριακό άζωτο N 2; νιτρικό αμμώνιο NH 4 NO 3. Κατά κανόνα, σχηματίζεται ένα μείγμα προϊόντων με υπεροχή ενός από αυτά. Το άζωτο ανάγεται σε καταστάσεις οξείδωσης από +4 σε -3. Το βάθος της αποκατάστασης εξαρτάται πρωτίστως από τη φύση του αναγωγικού παράγονταΚαι στη συγκέντρωση του νιτρικού οξέος . Ο κανόνας λειτουργεί: Όσο χαμηλότερη είναι η συγκέντρωση οξέος και όσο μεγαλύτερη είναι η δραστηριότητα του μετάλλου, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια λαμβάνει το άζωτο και τόσο περισσότερα ανηγμένα προϊόντα σχηματίζονται.

Ορισμένες κανονικότητες θα σας επιτρέψουν να προσδιορίσετε σωστά το κύριο προϊόν της αναγωγής του νιτρικού οξέος από μέταλλα στην αντίδραση:

• κατά τη δράση πολύ αραιό νιτρικό οξύ επί μέταλλασχηματίζεται συνήθως νιτρικό αμμώνιο NH 4 NO 3;

Για παράδειγμα, αντίδραση ψευδαργύρου με πολύ αραιό νιτρικό οξύ:

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

• συμπυκνωμένο νιτρικό οξύστο κρύο παθητικοποιεί μερικά μέταλλα - χρώμιο Cr, αλουμίνιο Al και σίδηρος Fe . Όταν το διάλυμα θερμαίνεται ή αραιώνεται, λαμβάνει χώρα η αντίδραση.

παθητικοποίηση μετάλλων - πρόκειται για τη μεταφορά της μεταλλικής επιφάνειας σε ανενεργή κατάσταση λόγω του σχηματισμού στη μεταλλική επιφάνεια λεπτών στρωμάτων αδρανών ενώσεων, στην περίπτωση αυτή κυρίως οξειδίων μετάλλων που δεν αντιδρούν με πυκνό νιτρικό οξύ

• Νιτρικό οξύ δεν αντιδρά με μέταλλα της υποομάδας της πλατίνας — χρυσός Au, πλατίνα Pt, και παλλάδιο Pd;

• όταν αλληλεπιδρούν συμπυκνωμένο οξύ με ανενεργά μέταλλα και μέταλλα μέσης δραστικότηταςάζωτοοξύ ανάγεται σε μονοξείδιο του αζώτου (IV) ΟΧΙ 2 ;

Για παράδειγμα, οξείδωση χαλκού με πυκνό νιτρικό οξύ:

Cu+ 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

• όταν αλληλεπιδρούν συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ με ενεργά μέταλλα σχηματίζεται Νιτρικό οξύ (I)N2O ;

Για παράδειγμα, οξείδωση νάτριοσυμπυκνωμένος νιτρικό οξύ:

Na+ 10HNO 3 = 8NaNO 3 + N 2 O + 5H 2 O

• όταν αλληλεπιδρούν αραιώστε το νιτρικό οξύ με ανενεργά μέταλλα (στη σειρά δραστηριότητας στα δεξιά του υδρογόνου) το οξύ ανάγεται σε μονοξείδιο του αζώτου (II) ΑΡΙΘ ;
• όταν αλληλεπιδρούν αραιωμένο νιτρικό οξύ με μέταλλα μέσης δραστικότητας σχηματίζεται είτε μονοξείδιο του αζώτου (II) NO, ή μονοξείδιο του αζώτου N 2 O, ή μοριακό άζωτο N 2 - ανάλογα με πρόσθετους παράγοντες (δραστηριότητα μετάλλου, βαθμός λείανσης μετάλλων, βαθμός αραίωσης οξέος, θερμοκρασία).
• όταν αλληλεπιδρούν αραιώστε το νιτρικό οξύ με ενεργά μέταλλα σχηματίζεται μοριακό άζωτο N 2 .

Για να προσδιορίσουμε κατά προσέγγιση τα προϊόντα αναγωγής του νιτρικού οξέος όταν αλληλεπιδρούν με διαφορετικά μέταλλα, προτείνω να χρησιμοποιήσουμε την αρχή του εκκρεμούς. Οι κύριοι παράγοντες που μετατοπίζουν τη θέση του εκκρεμούς είναι: η συγκέντρωση οξέος και η δραστηριότητα του μετάλλου. Για απλοποίηση, χρησιμοποιούμε 3 τύπους συγκεντρώσεων οξέος: συμπυκνωμένο (πάνω από 30%), αραιό (30% ή λιγότερο), πολύ αραιό (λιγότερο από 5%). Διαχωρίζουμε τα μέταλλα ανάλογα με τη δραστηριότητα σε ενεργά (πριν από το αλουμίνιο), μεσαία δραστικότητα (από αλουμίνιο σε υδρογόνο) και ανενεργά (μετά το υδρογόνο). Τακτοποιούμε τα προϊόντα αναγωγής του νιτρικού οξέος σε φθίνουσα σειρά κατάστασης οξείδωσης:

NO2; ΟΧΙ; N2O; Ν 2; NH4NO3

Όσο πιο ενεργό είναι το μέταλλο, τόσο περισσότερο κινούμαστε προς τα δεξιά. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση ή όσο χαμηλότερος ο βαθμός αραίωσης του οξέος, τόσο περισσότερο μετατοπιζόμαστε προς τα αριστερά.

Για παράδειγμα , συμπυκνωμένο οξύ και αδρανές μέταλλο χαλκό Cu αλληλεπιδρούν. Κατά συνέπεια, μετατοπιζόμαστε στην άκρα αριστερή θέση, σχηματίζεται οξείδιο του αζώτου (IV), νιτρικός χαλκός και νερό.

Αντίδραση μετάλλων με θειικό οξύ

Αραιώστε το θειικό οξύ αλληλεπιδρά με μέταλλα σαν ένα συνηθισμένο ορυκτό οξύ. Εκείνοι. αλληλεπιδρά με μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά ηλεκτροχημικών τάσεων μέχρι το υδρογόνο. Ο οξειδωτικός παράγοντας εδώ είναι τα ιόντα Η+, τα οποία ανάγεται σε μοριακό υδρογόνο H 2 . Σε αυτή την περίπτωση, τα μέταλλα οξειδώνονται, κατά κανόνα, σε ελάχιστο βαθμό οξείδωσης.

Για παράδειγμα:

Fe + H 2 SO 4 (dil) = FeSO 4 + H 2

αλληλεπιδρά με μέταλλα στο εύρος τάσης τόσο πριν όσο και μετά το υδρογόνο.

H 2 SO 4 (πυκνό) + μέταλλο = άλας μετάλλου + προϊόν αναγωγής θείου (SO 2, S, H 2 S) + νερό

Όταν το συμπυκνωμένο θειικό οξύ αλληλεπιδρά με μέταλλα, σχηματίζεται ένα μεταλλικό άλας (σε σταθερή κατάσταση οξείδωσης), το νερό και ένα προϊόν μείωσης του θείου - διοξείδιο του θείου S +4 O 2, μοριακό θείο S ή υδρόθειο H 2 S -2, ανάλογα με το βαθμό συγκέντρωσης, τη δραστηριότητα του μετάλλου, τον βαθμό λείανσης του, τη θερμοκρασία κ.λπ. Όταν συμπυκνωμένο θειικό οξύ αντιδρά με μέταλλα, δεν σχηματίζεται μοριακό υδρογόνο!

Βασικές αρχές αλληλεπίδρασης πυκνού θειικού οξέος με μέταλλα:

1. Συμπυκνωμένο θειικό οξύ παθητικοποιεί αλουμίνιο, χρώμιο, σίδερο σε θερμοκρασία δωματίου ή στο κρύο.

2. Συμπυκνωμένο θειικό οξύ δεν αλληλεπιδρά Με χρυσό, πλατίνα και παλλάδιο ;

3. ΜΕ ανενεργά μέταλλασυμπυκνωμένο θειικό οξύαποκατασταθεί σε οξείδιο του θείου (IV).

Για παράδειγμα, ο χαλκός οξειδώνεται με πυκνό θειικό οξύ:

Cu 0 + 2H 2 S +6 O 4 (συμπ.) = Cu +2 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O

4. Κατά την αλληλεπίδραση με ενεργά μέταλλα και ψευδάργυροσχηματίζεται πυκνό θειικό οξύθείο S ή υδρόθειο H 2 S 2- (ανάλογα με τη θερμοκρασία, τον βαθμό λείανσης και τη δραστηριότητα του μετάλλου).

Για παράδειγμα , αλληλεπίδραση πυκνού θειικού οξέος με ψευδάργυρο:

8Na 0 + 5H 2 S + 6 O 4 (συμπ.) → 4Na 2 + SO 4 + H 2 S — 2 + 4Η2Ο

Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2 περιέχει οξυγόνο σε κατάσταση οξείδωσης -1. Αυτό το οξυγόνο μπορεί να αυξήσει και να μειώσει την κατάσταση οξείδωσης. Έτσι, εμφανίζεται υπεροξείδιο του υδρογόνου τόσο οξειδωτικές όσο και αναγωγικές ιδιότητες.

Όταν αλληλεπιδρά με αναγωγικούς παράγοντες, το υπεροξείδιο του υδρογόνου εμφανίζει τις ιδιότητες ενός οξειδωτικού παράγοντα και ανάγεται σε κατάσταση οξείδωσης -2. Τυπικά, το προϊόν της αναγωγής του υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι νερό ή ιόν υδροξειδίου, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης. Για παράδειγμα:

S +4 O 2 + H 2 O 2 -1 → H 2 S +6 O 4 -2

Όταν αλληλεπιδρά με οξειδωτικά μέσα, το υπεροξείδιο οξειδώνεται σε μοριακό οξυγόνο (κατάσταση οξείδωσης 0): O 2 . Για παράδειγμα :

2KMn +7 O 4 + 5H 2 O 2 -1 + 3H 2 SO 4 → 5O 2 0 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

Πολλές ουσίες έχουν ειδικές ιδιότητες, οι οποίες στη χημεία ονομάζονται συνήθως οξειδωτικές ή αναγωγικές.

Ορισμένες χημικές ουσίες παρουσιάζουν τις ιδιότητες οξειδωτικών παραγόντων, άλλες - αναγωγικών παραγόντων, ενώ ορισμένες ενώσεις μπορούν να εμφανίσουν και τις δύο ιδιότητες ταυτόχρονα (για παράδειγμα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2).

Τι είναι οι οξειδωτικοί και αναγωγικοί παράγοντες, η οξείδωση και η αναγωγή;

Οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες μιας ουσίας συνδέονται με τη διαδικασία της παροχής και λήψης ηλεκτρονίων από άτομα, ιόντα ή μόρια.

Οξειδωτικός παράγοντας είναι μια ουσία που δέχεται ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης, δηλ. ανάγεται. αναγωγικός παράγοντας - εγκαταλείπει ηλεκτρόνια, δηλ. οξειδώνεται. Οι διαδικασίες μεταφοράς ηλεκτρονίων από μια ουσία σε μια άλλη ονομάζονται συνήθως αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.

Οι ενώσεις που περιέχουν άτομα στοιχείων με τη μέγιστη κατάσταση οξείδωσης μπορούν να είναι οξειδωτικοί παράγοντες μόνο λόγω αυτών των ατόμων, επειδή έχουν ήδη εγκαταλείψει όλα τα ηλεκτρόνια σθένους τους και μπορούν να δέχονται μόνο ηλεκτρόνια. Η μέγιστη κατάσταση οξείδωσης του ατόμου ενός στοιχείου είναι ίση με τον αριθμό της ομάδας του περιοδικού πίνακα στην οποία ανήκει το στοιχείο. Οι ενώσεις που περιέχουν άτομα στοιχείων με ελάχιστη κατάσταση οξείδωσης μπορούν να χρησιμεύσουν μόνο ως αναγωγικοί παράγοντες, καθώς είναι ικανές να δωρίσουν ηλεκτρόνια, επειδή το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας τέτοιων ατόμων συμπληρώνεται από οκτώ ηλεκτρόνια