Глава 10. Химические реакции в свете электронной теории

§ 49. Окислительно-восстановительные реакции

Вспомните, что вам известно о степени окисления.

Вы уже знаете, что при образовании ионной химической связи между атомами разных по характеру элементов происходит полное или частичное перемещение валентных электронов к более электроотрицательному атому с образованием ионов. Для обозначения их истинного или условного заряда в соединении введено понятие «степень окисления».

Задание. Дайте определение степени окисления. Как определить численное значение степени окисления? Определите степень окисления элементов в следующих соединениях: O₂, KI, FeCl₃, NaBr, K₂SO₃, KMnO₄.

В ионных соединениях степень окисления отражает истинный заряд ионов, что связано с переходом электронов от атомов металла к атомам неметалла:

Образование ионной связи можно представить в виде двух процессов:

Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом.
Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Эти два процесса взаимосвязаны, так как электроны от одного атома переходят к другому атому. В обоих случаях это приводит к образованию устойчивых электронных структур.

В химические реакции вступают не изолированные атомы, а реальные вещества, находящиеся в определённом агрегатном состоянии:

В определении процессов окисления и восстановления и числа смещаемых электронов можно опереться на следующий ряд изменения степеней окисления:

Окисление

Вещество, в состав которого входят атомы элемента, способного отдавать электроны (повышать степень окисления), называется восстановителем.

К восстановителям относятся атомы и простые вещества — металлы, молекулярный водород, сероводород, аммиак, оксид углерода (II) и др.

В процессе отдачи электронов восстановитель окисляется.

Вещество, в состав которого входят атомы элемента, способного притягивать электроны (понижать степень окисления), называется окислителем.

Схема реакции:

Окислитель (галогены, кислород, кислоты и др.) в этом процессе восстанавливается, а восстановитель (металлы, водород, углерод и др.) окисляется.

В этих реакциях процессы окисления и восстановления взаимосвязаны. Особенность таких реакций заключается в том, что, кроме разрушения старых связей в исходных веществах и образования новых в продуктах реакции, происходит изменение степеней окисления атомов реагирующих веществ.

Реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов элементов, называются окислительно-восстановительными.

Изменение степени окисления атомов элементов в ходе превращения веществ — важнейший признак окислительно-восстановительных реакций (ОВР), по которому они распознаются и выделяются среди других.

Окислительно-восстановительные реакции, как и другие реакции, подчиняются общему закону природы — закону сохранения массы и энергии. Конкретное его проявление в окислительно-восстановительных реакциях заключено в сохранении числа электронов в реакционной системе, т. е. число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Для ОВР характерны специфические закономерности протекания:

1. Единство, неразрывность окислительного и восстановительного процессов в реакциях данного вида.

2. Сохранение числа электронов в системе.

Основные понятия

Окисление • Восстановление • Окислитель • Восстановитель • Окислительно-восстановительная реакция

Вопросы и задания

1. Какова сущность процессов окисления и восстановления в свете электронных представлений?

2. Что показывает степень окисления? Как она изменяется при окислении и восстановлении элементов?

3. Определите, окисляется или восстанавливается сера при переходах:

а) H₂S → SO₂ → SO₃
б) SO₂ → H₂SO₃ → K₂SO₃

Обсудите с товарищем, какой вывод можно сделать на основе выполнения задания.

4. Определите, какие из перечисленных реакций относятся к окислительно-восстановительным:

1) Mg + НСl → MgCl₂ + Н₂
2) MgO + НСl → MgCl₂ + H₂O
3) CaO + CO₂ → CaCO₃
4) FeCl₃ + KI → I₂ + FeCl₂ + KCl

Составьте схему реакции 4, указав окислитель и восстановитель, окислительный и восстановительный процессы.

5. Выберите схемы превращений, в которых азот является окислителем.

1) N⁺⁵ → N⁺²
2) N⁺³ → N⁺⁵
3) N⁰ → N⁺²

4) N⁰ → N^-3
5) N^-3 → N⁰