Типы окислительно-восстановительных реакций

1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции

Это реакции, где окислитель и восстановитель – атомы разных элементов, входящих в состав молекул различных соединений, например:

C⁰ + O⁰₂ = C⁺⁴O^-2₂

1 C⁰ – 4ē = C⁺⁴ – окисление (восстановитель)

1 O⁰₂ + 4ē = 2O^-2 – восстановление (окислитель)

C + O₂ = CO₂

2. Реакции – диспропорционирования

Это реакции, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, входящий в состав одной молекулы, например:

K₂Mn⁺⁶O₄ + H₂O → KMn⁺⁷O₄ + Mn⁺⁴O₂ + KOH

2MnO^-2₄ –1ē = MnO^-₄ – окисление (восстановитель)

1 MnO^-2₄ + 2H₂O + 2ē = MnO₂ + 4OH^- – восстановление (окислитель)

2MnO^-2₄ + MnO^-2₄ + 2H₂O = 2 MnO^-₄ + MnO₂ +4OH^-

3K₂MnO₄ +2 H₂O = 2 KMnO₄ + MnO₂ + 4 KOH

3. Овр внутримолекулярные

Это реакции, где окислитель и восстановитель – атомы разных элементов, но входят в состав одной и той же молекулы, например:

KN⁺⁵O^-2₃ → KN⁺³O₂ + O₂

2N⁺⁵ + 2ē = N⁺³ – восстановление (окислитель)

1 2O^-2 – 4ē = O₂ – окисление (восстановление)

2KNO₃ = 2 KNO₂ + O₂

4. ОВР – компропорционирования

Это реакции, где окислитель и восстановитель – атомы одного и того же элемента, входящего в состав молекул различных соединений, например:

NaBr⁺⁵O₃ + NaBr^- + H₂SO₄ → Br⁰₂ + Na₂SO₄ + H₂O

12BrO₃^- + 12H⁺ + 10ē = Br₂⁰ + 6H₂O – восстановление (окислитель)

5 2Br^- – 2ē = Br₂⁰ – окисление (восстановитель)

2BrO₃^- + 12H⁺ + 10Br^- = 6Br₂⁰ + 6H₂O

Сократим коэффициенты на 2, получим:

BrO^-3 + 6H⁺ +5Br^- = 3 Br₂ +3H₂O

NaBrO₃ + 5NaBr + 3H₂SO₄ = 3Br₂ + 3Na₂SO₄ + 3H₂O

ОВР – самые распространенные и играют большую роль в природе и технике. Они являются основой жизнедеятельности. С ними связаны дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе. В результате протекания ОВР происходит превращение химической энергии в электрическую – в гальванических элементах и аккумуляторах. ОВР лежат в основе мероприятий по охране природы.

1.2 Экспериментальная часть

Цель работы: проведение качественных опытов, раскрывающих окислительные и восстановительные свойства отдельных веществ и составление уравнений окислительно-восстановительных процессов методом электронно-ионного баланса.

Оборудование и реактивы: пробирки; штатив для пробирок; 2%-ные растворы: перманганата калия (KMnO₄), гидроксида натрия (NaOH), сульфита натрия (Na₂SO₃), дихромата калия (K₂Cr₂O₇), иодида калия (KI), нитрита натрия (NaNO₂); серная кислота (H₂SO₄), 2н.

ОПЫТ 1. Восстановление перманганата калия в различных средах

Перманганат калия (KMnO₄) – один из самых распространенных окислителей. Он превращается в различные вещества в зависимости от рН раствора (см. приложение Б).

В 3 пробирки внести по 1-2 мл раствора перманганата калия KMnO₄.

За­тем в первую добавить 1 мл раствора серной кислоты H₂SO₄, во вторую – 1 мл воды, в третью – 1 мл раствора гидроксида натрия NaOH. В каждую пробирку внести сухую соль сульфита натрия Na₂SO₃ до изменения цвета раствора.

Отметить в лабораторном журнале наблюдаемые изменения.

Составить уравнения реакций между KMnO₄ и Na₂SO₃ в кислой, нейтраль­ной и щелочной средах по методу электронно-ионного баланса. Сделать заключение об окислительно-восста­новительной способности перманганата калия в различных средах.

ОПЫТ 2. Окислительные свойства дихромата калия

В пробирку внести 2-3 мл раствора K₂Cr₂O₇ и 1-2 мл раствора H₂SO₄. Затем добавить небольшое количество раствора KI.

Отметить изменение окраски полученного раствора. Чем оно обусловлено?

Записать и составить уравнение окислительно-восстановительной реак­ции, при помощи метода электронно-ионного баланса, используя схему (см. приложение Б):

Cr₂O₇^2– + H⁺ → 2Cr³⁺ + H₂O

ОПЫТ 3. Окислительно-восстановительная двойственность соединений элементов, находящихся в промежуточной степени окисления на примере нитрита натрия

Чтобы убедиться в окислительно-восстановительной двойственности нитрита натрия, для этого в одну пробирку поместить 1-2 мл раствора перманганата ка­лия, подкислить раствором серной кислоты и добавить раствор нитрита натрия до обесцвечивания раствора.

В другую пробирку внести 1-2 мл раствора иодида калия KI, подкислить раствором H₂SO₄ и добавить раствор NaNO₂ до изменения ок­раски.

Как объяснить наблюдаемые явления?

Написать соответствующие уравнения реакций, принимая во внимание, что при восстановлении нитрит-ионов выделяется азот, а при их окислении образуются нитрат-ионы. Расставить коэффициенты, используя метод электронно-ионного баланса, указав протекающие процессы.

В ка­ком случае нитрит-ионы проявляют восстановительные свойства, а в каком – окисли­тельные?