Реакції, під час яких
змінюються ступені окиснення елементів, що
входять до складу реагуючих речовин,
називаються окисно - відновними.
Процес віддачі електронів - це окиснення,
приєднання електронів - це відновлення.
Елементи, а отже і речовини, які
віддають електрони називають відновниками, ті
ж що їх приєднують - це окисники.
У будь - якій окисно- відновній реакції
є речовини, які віддають і приєднують
електрони, тобто процеси окиснення та
відновлення завжди супроводжують один одного.
Усі окисно- відновні
реакції поділяються на три типи.
1. Міжмолекулярні реакції: ступінь окиснення
змінюють атоми, що входять до складу
різних вихідних речовин, наприклад:
H20 + Cu+2O = Cu0 + H2+1O
2. Внутрішньомолекулярні реакції: атоми, що змінюють
ступінь окиснення, входять до складу однієї
сполуки ( іноді це атоми одного елемента
з різними ступенями окиснення ), наприклад:
2KCl+1O-2 = 2KCl-1 + O20
N-3H4N+3O2 = N02 + 2H2O
3. Реакції диспропорціонування : реакції у
яких атоми одного і того самого елемента
із певним ступенем окиснення є одночасно
як окисниками, так і відновниками:
2Cu+1I = Cu+2I2 + Cu0
Cl20 + H2O = HCl -1+ HCl+1O
Реакції диспропорціонування ( чи самоокиснення-
самовідновлення) є характерні для речовин, що
містять атоми із проміжними ступенями окиснення.
Окисниками є атоми в таких
ступенях окиснення, в яких вони здатні
приєднувати електрони, тобто у високих. До
них належать:
1) атоми та молекули ( прості речовини )
неметалів: F2 , Cl2 , Br2 , O2 , N2 ;
2) позитивні йони металів: Cu+2 , Fe+3 ,
Zn+2 ;
3) позитивні йони Гідрогену в розчинах кислот
( крім HNO3 ) : Н+;
4) молекули та йони, до складу
яких входять елементи у найвищих або
проміжних ступенях окиснення:
а) Н2О2-1 ,
б) Cr+6O3
, M n+72O7 , Mn+4O2 ,Pb+4O2 , Ag+12O ,
в)
HN+5O3 , H2S+6O4 , HMn+7O4 ,
K2Cr+6O4 , K2Cr+6 2O7 , HCl+5O3 ,
KCl+5O3 , HCl+1O , HCl+7O4
тощо.
Відновниками є атоми, молекули чи
йони, що містять атоми елементів в таких
ступенях окиснення, в яких вони здатні
віддавати електрони, тобто в нижчих ступенях
окиснення. До них належать :
1) атоми простих речовин – металів та
неметалів, які мають на зовнішньому енергетичному
рівні не більше чотирьох електронів : C , Si , H2
, Na , K , Mg , Fe ;
2) негативні йони неметалів безоксигенових
кислот та їх солей : HCl , HI , HBr , H2S , KCl ,
NaI , K2S ;
3) гідроген пероксид Н2О2 , амоніак NH3 ;
4) молекули та йони, що містять атоми
неметалів у проміжних ступенях окиснення :
а) оксиди CO , NO , SO2 ;
б) кислоти та їх солі H2SO3 , HNO2 ,
Na2SO3 , NaNO2 ;
5) позитивні йони металів у проміжних
ступенях окиснення Sn+2 , Fe+2 , Cu+1 , Mn+2 , Cr+2 , Cr+3
.
З розглянутих питань можна зробити висновок
: окисно – відновна реакція – це єдність
двох протилежних процесів – окиснення та
відновлення, тобто процес передачі електронів.
Один і той же елемент може
бути і окисником, і відновником. Як
визначити його роль у реакції, які
речовини при цьому утворюються ? Щоб легше
визначитися із цим питанням, під час складання
окисно – відновних реакцій зручно користуватися
шкалою значень ступенів окиснення атомів елементів
та відповідних характерних сполук, а для
урівнювання рівняннь використовувати метод
електронного балансу.
Якщо елемент знаходиться у
найнижчому ступені окиснення, він є
тільки відновником, якщо в найвищому – тільки
окисником, в проміжному - і відновником, і
окисником. Метали середньої активності, які не
взаємодіють за звичайних умов із водою,
реагують із розчинами солей менш активних
металів, де окисником є катіон металу
Меn+ ( Позитивні йони Н+ породжують позитивні
йони Меn+ , негативні йони ОН-
-негативні МеО42- ).
Окисно - відновні властивості Мангану
та утворених
ним сполук.
1) Mn0 є тільки відновником, тому може
реагувати із окисниками. З металами реагують
звичайно кислоти, де окисником є йон Н+ ;
і в кислому середовищі утворюються солі
Mn+2.
Mn0 + Н2SO4 = MnSO4 + Н2
Mn0 - 2е
= Mn+2 2 2
1 відновник окиснюється
2Н+ + 2е = Н20
2 1
окисник відновлюється
У концентрованих розчинах Н2SO4 та HNO3
Манган не розчиняється ( він пасивується ).
З розбавленими розчинами нітратної кислоти,
де окисником є йон NO3- , чи, точніше,
N+5, Манган реагує так як це
описує наступне рівняння:
3Mn + 8HNO3 (розб.) = 3Mn ( NO3 )2 + 2NО + 4Н2О
Mn0 - 2е =
Mn+2 2 6
3 відновник окиснюється
N+5 + 3 е = N+2
3
2 окисник
відновлюється
Відновником Манган виступає і у реакції
із солями менш активних металів, наприклад
із солями Купруму:
Mn0 + Cu+2SO4 = Mn+2SO4 + Cu0
Mn0 - 2е
= Mn+2 2 2
1 відновник окиснюється
Cu+2 + 2е =
Cu+2
2 1
окисник відновлюється
2) Mn+7 є тільки окисником, тому
реагує виключно з відновниками, якими можуть
бути N+3 або S +4 . Залежно від
середовища утворюються різні сполуки Мангану:
а) у кислому середовищі утворюються
сполуки Мангану зі ступенем окиснення +2
2KMn+7O4 +5Na2S+4O3 +3Н2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2S+6O4 + 3H2O
Mn+7 +
5e = Mn+2 5 10
2 окисник
відновлюється
S+4 - 2e = S+6
2
5 відновник окиснюється
б) у нейтральному середовищі утворюються
сполуки Мангану із ступенем окиснення +4,
як правило це Манган ( IV ) оксид MnO2 :
2KMn+7O4 + 3NaN+3O2 + H2O = 2Mn+4O2 + NaN+5O3 + 2KOH
Mn+7 +
3e = Mn+4 3 6
2 окисник
відновлюється
N+3 - 2e = N+5
2
3
відновник окиснюється
в) у лужному середовищі ( містить йони
ОН- ) утворюватимуться сполуки Мангану із
ступенем окиснення +6:
2KMn+7O4 + NaN+3O2 + 2KOH = 2K2Mn+7O4 + NaN+5O3 +Н2О
Mn+7 +1e
= Mn+6 1 2
2 окисник
відновлюється
N+3 - 2e = N+5
2
1
відновник окиснюється
г) реакція диспропорціонування:
2KMn+7O4 = K2Mn+6O4 + Mn+4O2 + O2
3) Сполуки Mn+2 можуть виявляти
і відновні і окисні властивості, тому що
+2 це проміжний ступінь окиснення , залежно
від речовин з якими вони
реагують.
а) у реакції з воднем Манган ( ІІ )
оксид Mn+2О є окисником:
Mn+2О + Н2 0 = Mn0 + Н2+1О
Mn+2 +2е
= MnО 2
2 1
окисник відновлюється
Н2 0 -
2е = 2Н+1
2
1
відновник окиснюється
б) сполука PbO2 - це
сильний окисник, так як +4 - вищий
ступінь окиснення Плюмбуму. В реакції
з окисником Mn ( NO3 )2 виступає
відновником. В кислому середовищі утворюються
сполуки Pb+2.
2Mn+2 ( NO3 )2 + 5Pb+4O2 + 6HNO3 = HMn+7O4 +
5Pb+2( NO3)2 + 2H2O
Mn+2 - 5e =
Mn+7 5 10
2 відновник окиснюється
Pb+4 +
2e = Pb+2
2
5 окисник відновлюється
4) сполуки, що містять у своєму
складі Mn+4 можуть бути і відновниками,
і окисниками:
а) СІ-1 у окисно -відновних реакціях є
тільки відновником, тому у реакції із
НСІ
MnO2
виявляє властивості окисника:
Mn+4O2 +4НСІ-1 = Mn+2СІ2 + СІ20 + 2Н2О
Mn+4 +
2e = Mn+2 2
2 1
окисник відновлюється
2СІ-1 -2е = СІ20
2
1 відновник окиснюється
б) властивості відновника MnO2
виявляє при сплавлянні його з лугом у
присутності кисню:
2Mn+4O2 + 4КОН + О20 = 2К2Mn+6О4 + Н2О -2
Mn+4 - 2e = Mn+6 2
4 2
відновник окиснюється
О20 +4е
= 2О-2
4
1 окисник відновлюється
5) Сполуки, що містять Mn+6 , у окисно
-відновних реакціях можуть виступати як
відновники і як окисники:
а) СІ2 - це сильний окисник, тому
К2MnО4 у реакціях з ним виступає у
ролі відновника:
2К2Mn+6О4 + СІ2 = 2КMn+7О4 + 2КСІ
Mn+6
-1e = Mn+7 1
2 2
відновник окиснюється
СІ20 +2е = 2СІ-1
2
1 окисник відновлюється
б) у MnСІ2 ступінь окиснення
Мангану нижчий (+2 ) ніж у K2MnO4 ( +6 ),
тому MnСІ2 в окисно - відновній реакції
виступає відновником, а K2MnO4 - окисником:
K2Mn+6O4 + Mn+2СІ2 = 2Mn+4O2 + 2КСІ
Mn+2 -2е = Mn+4 2
2 1 відновник
окиснюється
Mn+6 + 2е = Mn+4
2
1 окисник відновлюється
в) у розчинах K2MnO4 самовільно розкладається
- диспропорціонує з утворенням KMnO4 та MnO2
:
3K2Mn+6O4 + 2Н2О = 2KMn+7O4 + Mn+4O2 +4КОН
Mn+6 -1е
= Mn+7 1
2 2
відновник окиснюється
Mn+6 + 2е = Mn+4
2
1 окисник відновлюється
Окисно - відновні властивості Хрому та утворених
ним сполук.
1) Металічний хром у окисно - відновних
реакціях виступає тільки відновником, бо він
знаходиться у найнижчому ступені окиснення.
Концентровані розчини нітратної та сульфатної кислот
пасивують хром, у розбавлених розчинах
Н2SO4 та у НСІ він розчиняється, при
цьому слід враховувати, що окисником одночасно
є і кисень повітря. Якщо не враховувати
участі у реакції кисню, то рівняння
реакції матиме вигляд:
Cr0 + 2Н+1СІ = Cr+2СІ 2 + Н20
Якщо врахувати участь кисню повітря у
реакції, то її записують так:
4Cr0 + 12Н+1СІ +О20 = 4Cr+3СІ 3 + 4Н20 + 2Н2О-2
Cr0 -3е- = Cr+3 3
3
4 відновник
окиснюється
2Н+1 +2е
= Н20 2
6
2
окисник відновлюється
О20 +4е
= 2О-2
4
окисник відновлюється
2) +2 - проміжний ступінь окиснення Хрому,
тому його сполуки можуть бути і
відновниками, і окисниками.
а) сполуки Хрому ( ІІ ) досить
легко окиснюються навіть киснем повітря,
перетворюючись на сполуки Хрому ( ІІІ ), що
підтверджує наступне рівняння:
4Cr+2СІ 2 +О20 + 4НСІ = 4Cr+3СІ 3 + 2Н2О-2
Cr+2 -1е- =
Cr+3 1
4
4
відновник окиснюється
О20 +4е =
2О-2
4
1 окисник
відновлюється
б) хром ( ІІ ) оксид
досить легко відновлюється активними металами (
алюмінієм чи магнієм ) до металу:
3Cr+2О + 2АІ0 = 3Cr0 + АІ2+3О3
Cr+2 + 2е =
Cr0 2
6 3
окисник відновлюється
АІ0 -3е
= АІ+3
3
2 відновник окиснюється
3) Для Хрому +3 - це проміжний
ступінь окиснення, тому його сполуки можуть
бути як окисниками, так і відновниками.
а) сполуки тривалентного Хрому (відновники )
під дією окисників перетворюються у сполуки
Хрому ( VI ) залежно від середовища (
див. Таб. 3 ).
Розглянемо характерні реакції в лужному
середовищі:
2Cr2+3О3 + 8КОН + 3О20 = K2Cr+6O4-2 + 4Н2О
Cr+3 -3е = Cr+6 3
12
4 відновник окиснюється
О20 +4е = 2О-2
4
3
окисник відновлюється
Калій хромат буде утворюватися і у
наступній реакції, де окисником виступає вже
не кисень, а хлор:
Cr2+3(SO4)3 +16КОН + СІ20 = 2K2Cr+6O4 + 3К2SO4 + 6КСІ-1 + 8Н2О
Cr+3 -3е = Cr+6 3
6
2 відновник окиснюється
СІ20 +2е = 2СІ-1
2
3
окисник відновлюється
У нейтральному середовищі, як видно із
таблиці 3, у розчині будуть утворюватися
дихромати, що потрібно враховувати складаючи окисно
-відновні рівняння:
5Cr2+3(SO4)3 +6КMn+7О4 + 11Н2О = K2Cr+62O7 + 9Н2SO4 + 2Н2Cr2O7 +
6Mn+2SO4
*2Cr+3 -6е =2Cr+6
6
30
5 відновник окиснюється
Mn+7 + 5е = Mn+2
5
6 окисник
відновлюється
*Якщо у реакції присутні дихромати, то
під час складання електронного балансу
потрібно враховувати два атоми Хрому.
б) хром ( ІІІ ) оксид Cr2O3, який є
окисником, відновлюється воднем, алюмінієм або
кремнієм до вільного металу:
2Cr+32O3 + 3Si0 = 4Cr0 + 3Si+4O2
Cr+3 +3е
= Cr0 3 12
4 окисник відновлюється
Si0 -2е = Si+4
4
3 відновник окиснюється
Солі Хрому ( ІІІ ), які є окисниками, у
розчинах відновлюються суспензією цинку до
солей Хрому ( ІІ ):
2Cr+3( NO3)3 +Zn0( сусп ) = 2Cr+2( NO3)2 +Zn+2( NO3)2
Cr+3 +е =
Cr+2 1
2 2 окисник
відновлюється
Zn0 -2е =
Zn+2
2
1 відновник окиснюється
4) Сполуки Cr ( VI ) - це хромати
та дихромати, вони є тільки окисниками,
так як +6 вищий ступінь окиснення Хрому.
Під дією відновників вони перетворюються у
сполуки Cr ( ІІІ) залежно від середовища: в
кислому середовищі утворюються солі Cr2(SO4)3,
CrCl3, у нейтральному - хром ( ІІІ ) гідроксид Cr(OН )3,
у лужному солі NaCrO2,
Na3CrО3.
K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O
2K2CrO4 + H2SO4 ( розб. ) = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
Але ці рівняння реакцій не будуть окисно -
відновними, тому що атоми Хрому знаходяться у
одному і тому ж ступені окиснення, який
рівний +6.
Розглянемо характерні реакції хроматів
та дихроматів у кислому середовищі.
K2Cr2+6O7 + 6Fe+2SO4 + 7H2SO4 = K2SO4 + Cr2+3( SO4)3 +3Fe+3(SO4)2 + 7H2O
Fe+2 - 1е = Fe+3
1 6
6 відновник окиснюється
2Cr+6 + 6е = 2Cr+3
6
1 окисник відновлюється
Калій дихромат реагує також із водними
розчинами галогеноводнів, гідрогенсульфіду.
K2Cr2+6O7 + 14 HBr-1 = 2KBr + 2Cr+3Cl3 + 3Br20 + 7H2O
2Br-1 -2е = Br20
2 6
3 відновник окиснюється
2Cr+6 + 6е = 2Cr+6
6
1 окисник відновлюється
2K2Cr+6O4 + 3Н2S-2 + 5H2SO4 = 3S0 + Cr2+3( SO4)3 + 8H2O + 2K2SO4
S-2 - 2е =
S0
1 6
6 відновник окиснюється
Cr+6 + 3е = Cr+6
6
1 окисник відновлюється
Амоній дихромат при нагріванні
розкладається з виділенням азоту, хром (
ІІІ) оксиду та води:
( NH4-3 )2Cr2+6O7 = N20 + 4H2O + Cr2+3O3
2Cr+6 +6e = Cr+3 6
6 1 окисник відновлюється
2N-3 -6e = N20
6
1 відновник окиснюється
Важливою властивістю хроматів та
дихроматів є їх взаємодія з неметалами:
вуглецем та сіркою.
K2Cr2+6O7 + S0 =t 2K2S+6O4 + Cr2+3O3
2Cr+6 +6e = Cr+3 6
6 1 окисник відновлюється
S0 -6e = S+6
6
1 відновник окиснюється
2K2Cr2+6O7 + 3С0 =t 2K2С+4O3 + 2Cr2+3O3 +
С+4О2
2Cr+6 +6e = Cr+3 6 12
2 окисник відновлюється
С0 -4e = С+4
4
3 відновник окиснюється
Хромати при взаємодії з кислотами
перетворюються у дихромати і навпаки - дихромати
при взаємодії з лугами перетворюються у
хромати. Ці перетворення можна відобразити
наступними рівняннями реакцій:
K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O
2K2CrO4 + H2SO4 ( розб. ) = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
Але ці рівняння реакцій не будуть окисно -
відновними, тому що атоми Хрому знаходяться у
одному і тому ж ступені окиснення, який
рівний +6.
Окисно - відновні властивості Плюмбуму та утворених
ним сполук.
Розглянемо окисно- відновні властивості сполук
Плюмбуму, у сполуках він може мати
ступені окиснення +2, +4.
1) Плюмбум із ступенем окиснення 0 у
хімічних реакціях може виступати лише як
відновник, віддаючи два електрони та отримуючи
ступінь окиснення +2.
3Pb0 + 8HN+5O3 = 3Pb+2( NO3)2 + 2N+2O + 4H2O
Pb0 -2e = Pb+2 2
6 3 відновник
окиснюється
N+5 +3e = N+2
3
2 окисник відновлюється
Плюмбум має амфотерні властивості, тому він
реагуватиме не лише з кислотами, але
й з лугами.
Pb0 + 2NaOH + 2H2+1O = Na2 Pb+2( OH
)4 + H20
Pb0 -2e = Pb+2 2
2 1
відновник окиснюється
2H+1 +2e =H20
2
1 окисник відновлюється
При взаємодії з лугами буде виділятися
водень, що характерно і для інших
амфотерних металів ( алюміній, берилій, олово ).
2) Сполуки Плюмбуму із ступенем окиснення
+2 у окисно- відновних реакціях виступають у
якості окисників та відновників.
а) Сполуки Плюмбуму із ступенем
окиснення +2 у окисно- відновних реакціях
виступають у якості окисників під час
взаємодії з активнішими металами:
Pb+2( NO3)2 + Zn0 = Pb0 + Zn+2( NO3)2
Pb+2 +2e = Pb0
2 2
1 окисник відновлюється
Zn0 -2e = Zn+2
2
1 відновник окиснюється
б) Сполуки Плюмбуму із ступенем окиснення +2
дуже стійкі, вони будуть окиснюватися до
сполук із ступенем окиснення +4 лише
дуже сильними окисниками:
Pb+2( NO3)2 + СаОСІ2 + Н2О = Pb+4O2 + СаСІ2-1 + 2НN+5О3
Pb+2 -2е = Pb+4 2
2 1 відновник окиснюється
СІ+1 +2е = СІ-1
2
1 окисник відновлюється
3) Сполуки Плюмбуму ( IV ) у хімічних
реакціях можуть проявляти лише властивості
окисників, тому що це найвищий ступінь
окиснення елемента:
Pb+4O2 + 2Mn+4O2 + H2SO4 = 2HMn+7O4 + 3Pb+2SO4 + 2H2O
Pb+4 +2e = Pb+2 2
6 3 окисник відновлюється
Mn+4 -3e = Mn+7
3
2 відновник окиснюється
Такими є окисно- відновні властивості сполук
Плюмбуму.
Окисно - відновні властивості Стануму та
утворених
ним сполук.
Сполуки Стануму мають властивості схожі
на властивості Плюмбуму, що пояснюється
положенням цих елементів у періодичній системі (
див. таб 5 ).
1) олово має амфотерні властивості, тобто
воно реагує як з кислотами, так і з
лугами.
а) Олово реагує з лугами, утворюючи у
розчинах тетрагідроксостанати ( ІІ ) лужних металів:
Sn0 + 2NaOH + 2H2+1O = Na2 Sn+2 (OH)4 + H20
Sn0 -2е = Sn+2
2 2
1 відновник окиснюється
2Н+1 +2е = H20
2
1 окисник відновлюється
б) Олово реагує із концентрованими та розбавленими
розчинами кислот:
із концентрованим розчином
нітратної кислоти олово утворює H2SnO3
Sn0 + 4HN+5O3 ( конц. ) = H2Sn+4O3 + 4N+4O2 + H2O
Sn0 -4е = Sn+4
4 4
1 відновник окиснюється
N+5 +1е = N+4
1
4 окисник відновлюється
Із концентрованою сульфатною кислотою олово
утворює станум ( IV ) сульфат:
Sn0 + 4H2S+6O4 = Sn+4 ( SO4)2 + 2S+4O2 + H2O
Sn0 -4е = Sn+4
4 4
1 відновник окиснюється
S+6 +2е = S+4
2
2 окисник відновлюється
Хлоридна кислота не володіє такими
сильними окисними властивостями як нітратна та
сульфатна, тому вона окиснює олово лише
до сполук Стануму ( ІІ ) :
Sn0 + 2H+1СІ = Sn+2СІ2 + H20
Sn0 -2е = Sn+2
2 2
1 відновник окиснюється
2Н+1 +2е = Н20
2
1 окисник відновлюється
розбавлена нітратна кислота також взаємодіє
із оловом, але на відміну від
концентрованої, у реакції буде утворюватися не
нітроген ( IV ) оксид, а нітроген ( IІ ) оксид
і ступінь окиснення Стануму буде +2, а
не +4:
3Sn0 + 8HN+5O3 ( розб. ) = 3Sn+2 ( NO3 )2 + 2N+2O + 4H2O
Sn0 - 2е = Sn+2
2 6
3 відновник окиснюється
N+5 +3е = N+2
3
2 окисник відновлюється
2) Сполуки Стануму із ступенем
окиснення +2 у хімічних реакціях
можуть виступати
і як окисники, і як відновники:
а) Сполуки Стануму можуть
окиснюватися хлором, киснем повітря, калій
перманганатом, змінюючи cвій ступінь окиснення
до +4 :
2Sn+2( OH )2 + 2H2O + O20 = 2 Sn+4( O-2H )4
Sn+2 -2е = Sn+4
2 4 2
відновник окиснюється
O20 + 4е = 2O-2
4
1 окисник відновлюється
( окисником може бути і калій перманганат у
кислому середовищі
5Sn+2SO4 + 2KMn+7O4 + 8Н2SO4 = 5Sn+4( SO4 )2 + 2Mn+2SO4 + K2SO4 +
8H2O
Mn+7 +
5e = Mn+2 5 10
2 окисник
відновлюється
Sn+2 - 2e = Sn+4
2
5 відновник окиснюється
Окиснення хлором відбувається згідно рівняння:
Sn+2СІ2 + СІ20 = Sn+4СІ4
Sn+2 -2е = Sn+4
2 2
1 відновник окиснюється
СІ20 +2е = 2СІ-1
2
1 окисник відновлюється
б) Процес відновлення сполук Стануму ( ІІ )
відбуватиметься під час їх взаємодії із
більш активними металами:
Sn+2СІ2 + Zn0 = Sn0 + Zn+2Cl2
Sn+2 +2е = Sn0
2 2
1 окисник відновлюється
Zn0 -2е = Zn+2
2
1 відновник окиснюється
3) Сполуки Стануму із ступенем
окиснення +4 мають лише окисні властивості,
тому що це найвищий ступінь окиснення
Стануму. Їх окисні властивості проявляються у
реакціях із більш активними металами ( залізом,
цинком, тощо ):
Sn+4СІ4 + Fe0 = Sn+2СІ2 + Fe+2Cl2
Sn+4 +2е = Sn+2
2 2
1 окисник відновлюється
Fe0 -2е = Fe+2
2
1 відновник окиснюється
Вивчивши окисно- відновні властивості
сполук Стануму ми завершили вивчення
властивостей металів. Далі буде розглянуто окисно-
відновні властивості неметалів, а саме
галогенів, Гідрогену, Оксигену, Сульфуру,
Нітрогену та інших.
Окисно - відновні властивості Гідрогену та утворених
ним сполук.
Гідроген у своїх сполуках проявляє
такі ступені окиснення: -1, +1 ( див. таб. 6 )
1) Ступінь окиснення -1 Гідроген має у
сполуках із активними металами, такими як
Натрій, Калій, Літій, Магній. Ці сполуки
отримали назву гідридів.
2КН-1 + О20 = 2КО-2Н+1
Н-1 - 2е =
Н+1 2
4 2
відновник окиснюється
О20 + 4е =
2О-2
4
1 окисник відновлюється
2) У нульовому ступені окиснення Гідроген
знаходиться лише у молекулі водню Н2, у
її складі він виступає як відновник ( у
реакціях із оксидами металів та неметалів ) та
як окисник ( у реакціях із активними металами
).
Cu+2O + H20 = Cu0 + H2+1O
Cu+2 +2e = Cu0 2
2 1 окисник
відновлюється
H20 -2e = 2H+1
2
1 відновник окиснюється
2Na0 + H20 = 2Na+1H-1
Na0 -1е = Na+1 1
2 2 відновник
окиснюється
H20 +2е = 2H-1
2
1 окисник відновлюється
3) Гідроген із ступенем окиснення +1
виступає як окисник, бо він знаходиться
у найвищому ступені окиснення, як приклад
розглянемо реакцію взаємодії активного металу
із водою:
2Na0 + 2H2+1O = 2Na+1ОН + Н20
Na0 -1е = Na+1 1
2 2 відновник
окиснюється
2H+1 +2е = H20
2 1
окисник відновлюється
Окисно - відновні властивості Оксигену
та утворених
ним сполук.
З таб. 7 видно, що для Оксигену
характерні ступені окиснення -2, -1, +2.
1) Вода вступає у реакцію із пероксидами
активних металів ( Na2О2 ), виділяючи при цьому
кисень:
2Na2О2-1 + 2H2О-2 = 4NaО-2Н + О20
2О-2 - 4е =
О20 4
4 1 відновник
окиснюється
О-1 + 1е =
О-2
1
4 окисник відновлюється
У даній реакції Оксиген води
виступає у якості відновника.
2) Кисень є досить сильним окисником (
підтримує процеси горіння, біологічного окиснення ):
2Са0 + О20 = 2Са+2О-2
Са0 -2е =
Са+2
2
2 відновник окиснюється
4
О20 +4е =
2О-2
4
1 окисник відновлюється
3) Сильні окисні властивості проявляє також і інша
сполука, що містить Оксиген - оксиген фторид
OF2, яка використовується як окисник ракетного
палива. Реагуючи із водою Оксиген фторид
виділяє кисень та гідроген фторид:
Н2О-2 + O+2F2 = О20 + 2НF-1
О-2 -2е =
О0 2
2 1
відновник окиснюється
O+2 +2е = О0
2
1 окисник відновлюється
Реакція OF2 із хлором при
підпалюванні має вибуховий характер, у ній
утворюється кисень та СІF:
2O+2F2 +2СІ20 = 4СІ+1F + О20
2O+2 +4е =
О20
4
4 1
окисник відновлюється
СІ20 -2е = 2
СІ+1
2
2 відновник окиснюється
4) Оксиген із ступенем окиснення +1 може
виступати у реакціях як окисником так і
відновником:
а) Гідроген пероксид Н2О2 є відновником
у реакціях із Ag2O та НІО3 .
Ag2+1O + Н2О2-1 = 2 Ag0 +О20 + Н2О-2
Ag+1 +1е =
Ag0 1
2 2 окисник
відновлюється
2О-1 -2е =
О20
2
1 відновник окиснюється
б) Гідроген пероксид Н2О2 є окисником у
реакціях із КІ та Н2S:
2КІ-1 + Н2О2-1 + H2SO4 = І20 + К2SO4 + 2Н2О-2
2І-1 -2е =
І20
2 2
1 відновник окиснюється
2О-1 +2е =
2О-2
2
1 окисник відновлюється
Н2S-2 + 4Н2О2-1 = H2S+6O4 + 4Н2О-2
S-2 -8е = S+6 8 8
1 відновник
окиснюється
2О-1 +2е = 2О-2
2
4 окисник відновлюється
в) Для гідроген пероксиду характерною
є реакція диспропорціонування:
2Н2О2-1 = О2O+ 2Н2О-2
2О-1 +2е =
2О-2 2
2 1 окисник
відновлюється
2О-1 -2е =
О20
2
1 окисник відновлюється
у якій атоми Оксигену із ступенем
окиснення -1 змінюють свій ступінь окиснення
до нуля та -2.
Окисно - відновні властивості Сульфуру та утворених
ним сполук.
У своїх сполуках Сульфур проявляє такі
ступені окиснення: -2, +4, +6 ( див. Таб. 8
).
1) Гідроген сульфід виявляє лише
відновні властивості, тому що він
знаходиться у найнижчому ступені окиснення, це
доводять наступні рівняння окисно- відновних реакцій:
5Na2S-2 + 2KMn+7O4 +8Н2SO4 = 2Mn+2SO4 + K2SO4 + 5Na2S+6O4 + 8H2O + 5S0
Mn+7 + 5e =
Mn+2 5 10
2 окисник
відновлюється
S-2 - 2e =
S0
2
5 відновник окиснюється
Гідроген сульфід реагує з нітратною кислотою,
утворюючи Нітроген ( IV ) оксид та Сульфур (
IV ) оксид : NO2 і SO2 та
воду:
H2S-2 + 6HN+5O3 = 6N+4O2 + S+4O2 +4H2O
S-2 -6е
= S+4
6 6
1 відновник окиснюється
N+5 + 1е =
N+4
1
6 окисник відновлюється
2) Сульфур із степенем окиснення
+6 має властивості окисника, бо він
знаходиться у найвищому ступені окиснення.
С0 + 2Н2S+6O4(конц ) = S+4O2 + С+4О2 + 2H2O
С0 -4е =
С+4 4
4 1 відновник
окиснюється
S+6 +2е =
S+4
2
2 окисник відновлюється
Концентрована сульфатна кислота, особливо гаряча,
окиснює НІ та НBr , але не НСІ, до
вільних галогенів, вугілля - до СО2 , сірку - до SO2
.
Сульфатна кислота взаємодіє з металами
аналогічно всім кислотам, а у концентрованому
стані проявляє особливі влативості. Взаємодію
сульфатної кислоти з металами пояснює схема:
Метали І - ІІ груп
Me +
H2SO4
Me2( SO4 )n + H2S +H2O
Al, Cr,
Fe
пасивує
Метали крім
Au, Pt
Me2( SO4 )n + SO2 +H2O
Як приклад розглянемо взаємодію
концентрованої сульфатної кислоти із натрієм
та
міддю.
8Na0 + 5Н2S+6O4(конц ) = Na2+1SO4 + H2S--2 + 4H2O
Na0 -1е = Na+1
1 8
8 відновник окиснюється
S+6 +8е =
S-2
8
1 окисник відновлюється
Сu0 + 2Н2S+6O4(конц ) = Cu+2SO4 + S+4О2 + 2H2O
Сu0 -2е =
Сu+2 2
2 1 відновник
окиснюється
S+6 +2е =
S+4
2
1 окисник відновлюється
3) Вільна сірка може проявляти як
властивості відновника, так і окисника.
а) Сірка окиснюється киснем повітря та
кислотами- окисниками ( Н2SO4 , HNO3 ):
S0 + 4HN+5O3 = 4N+4O2 + S+4O2 +2H2O
S0 -4е =
S+4
4
4 1 відновник
окиснюється
N+5 + 1е =
N+4
1
4 окисник відновлюється
Із сульфатною кислотою рівняння реакції буде:
S0 + 2H2S+6O4 = 3S+4O2 +2H2O
S0 -4е =
S+4
4
4 1 відновник
окиснюється
S+6 + 2е =
S+4
2
2 окисник відновлюється
б) У реакціях із воднем та металами
сірка виступає як окисник:
2Na0 + S0 = Na2+1 S-2
Na0 - 1е =
Na+1 1
2 2 відновник
окиснюється
S0 +2е =
S-2
2
1 окисник відновлюється
б) У розчинах лугів сірка вступає у
реакцію диспропорціонування:
3S0 + 6NaOH = 2Na2S-2 + Na2SO3 + Н2О
S0 +2е =
S-2
2 4
2 окисник відновлюється
S0 -4е =
S+4
4
1 окисник відновлюється
2) Сульфур із ступенем окиснення +4 може
виступати у реакціях як окисником так і
відновником, бо він знаходиться у проміжному
ступені окиснення.
а) У реакції із Гідроген сульфідом
сполуки Сульфуру S+4 виступають окисниками:
2H2S-2 +S+4O2 = S0 +2H2O
S-2 -2е =
S0
2
4 2 відновник
окиснюється
S+4 +4е =
S0
4
1 окисник відновлюється
б) У реакції із Калій дихроматом
сполуки Сульфуру S+4 виступають як
відновники:
K2Cr2+6O7 + 3Na2S+4O3 + 4H2SO4 = 3Na2S+6O4 + Cr2+3( SO4)3 +K2SO4 + 4H2O
S+4 - 2е =
S+6
2 6
3 відновник окиснюється
2Cr+6 + 6е =
2Cr+3
6
1 окисник відновлюється
Окисно - відновні властивості галогенів та утворених
ним сполук.
Цікавими окисно- відновними властивостями
володіють галогени, у них на зовнішньому
електронному шарі знаходиться сім електронів - два
на s- і п"ять на р- орбіталях, це пояснює
високу хімічну активність галогенів. Із
підвищенням порядкового номера в ряді F- Cl-Br-I-At
зростають радіуси атомів, зменшується електронегативність,
послаблюються неметалічні властивості та окисна
здатність елементів. На відміну від інших
галогенів Флуор завжди має ступінь окиснення
-1, бо він є найбільш електронегативним
елементом. Інші галогени проявляють різні
ступені окиснення від -1 до +7.
Всі сполуки галогенів відповідають
непарним ступеням окиснення ( за винятком кількох оксидів
). Це пояснюється можливістю послідовного
збудження спарених електронів у атомах Cl, Br, I,
At на d- підрівень, що приводить до
зростання числа електронів, які беруть участь
в утворенні ковалентних зв"язків до 3,
5 чи 7.
Галогени, крім Флуору, можуть мати такі ступені окиснення
-1, 0, +1, +3, +5, +7 ( див. Таб. 9 ).
1) Розглянемо властивості галогенів із
ступенем окиснення -1.
8HI-1 + H2S+6O4 = H2S-2 + 4I20 + 4H2O
2I-1 –2e =
I20 2 8
4 відновник окиснюється
S+6 + 8e =
S-2
8
1 окисник відновлюється
2) Окисна здатність простих речовин
зменшується у ряді Cl2 - Br2- I2 . Тому галоген
може заміщувати інший галоген, розміщений
правіше у ряді, з його сполук із
металами.
2КI-1 + Br20 = I20 + 2KBr-1
2I-1 –2e =
I20 2 8
1 відновник окиснюється
Br20 + 2e =
2Br-1
2
1 окисник
відновлюється
Cl2 та Br2 є окисниками, але
оскільки хлор є сильнішим окисником, то
Бром буде відновлюватися у реакції
Br20 + 5Cl20 + 12KOH = 2KBr+5O3 + 10KCl-1 + 6H2O
Br20 –10е = 2 Br+5
10 10
1 відновник окиснюється
Cl20 +2
e = 2Cl-1
2
5 окисник відновлюється
У реакціях з окисниками галоген виступає
у якості відновника:
3I20 + 10HN+5O3 = 6HI+5O3 + 10N+2O + 2H2O
I20 –10е =
2I+5 10
30 3 відновник
окиснюється
N+5 +3e =
N+2
3
10 окисник відновлюється
3) На попередній сторінці сказано, що
Флуор виступає у хімічних реакціях лише
у ролі окисника. Тому у попередню
реакцію вступають усі галогени крім фтору.
F20 + H2S+6O4-2 = 2HF-1 + S+6F6 + 2O20
У даній реакції свої ступені окиснення
змінюють такі елементи як Оксиген та Флуор,
а Сульфур свій ступінь окислення не змінює
– він у сполуці SF6 рівний +6.
Електронний баланс рівняння матиме вигляд:
F20 +2е =
2F-1 2
4 2 окисник відновлюється
2O-2 +4е = О20
4 1
відновник окислюється
Свої окисні властивості фтор виявляє і
в реакції з водою
F20 + H2O-2 = 2HF-1 + O+2F2
F20 +2е =
2F-1 2
4 2 окисник відновлюється
O-2 -4е =
О+2
4 1
відновник окислюється
Аналогічно реагує фтор також з натрій
гідроксидом, що підтверджується наступним рівнянням
реакції:
2F20 + NaO-2H = 2NaF-1 + O+2F2 + H2O
F20 +2е =
2F-1 2
4 2 окисник відновлюється
O-2 -4е =
О+2
4 1
відновник окислюється
4) Хлор відноситься до сильних
окисників, хоча і слабших за фтор. У
реакціях з водою та лугами він, як
правило, диспропорціонує:
а) Реакція самоокиснення - самовыдновлення у
присутності води:
Сl20 + H2O = HCl-1 + HCl+1O
Cl20 –2е =
2Cl+1 2
2 1
відновник окиснюється
Cl20 +2 e =
2Cl-1
2
1 окисник відновлюється
В залежності від умов у реакції із
лугами хлор змінюватиме свій ступінь окислення
від 0 до +1, +5 чи до +7 та
до -1.
а) Дана реакція є подібною ( за зміною
ступенів окислення ) до реакції диспропорціонування
в присутності води, яка наведена вище
CІ20 +2NaOH = NaCl-1 + NaCl+1O +H2O
Cl20 –2е = 2Cl+1
2
2 1
відновник окислюється
Cl20 +2
e = 2Cl-1
2
1 окисник відновлюється
б) При нагріванні в присутності лугів
хлор змінює свій ступінь окислення до +5:
3CІ20 +6NaOH