Материал параграфа поможет вам:
выяснить, какую реакцию называют окислительно-восстановительной;
различать процессы окисления и восстановления, окислители и восстановители;
понять значение окислительно-восстановительных реакций.
Окислительно-восстановительные реакции.
Сравним два химических превращения:
Учитывая количество реагентов и продуктов в каждой реакции, приходим к выводу: реакция (1) является реакцией разложения, а реакция (2) — реакцией соединения.
Эти реакции различаются и по другому признаку. Обратим внимание на степени окисления элементов в реагентах и продуктах.
Что называют степенью окисления элемента? Определите степени окисления элементов в веществах, формулы которых записаны в химических уравнениях (1) и (2).
Указав степени окисления элементов над формулами реагентов и продуктов, обнаруживаем, что они изменяются только при образовании оксида из простых веществ:
Реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, называют окисли тельно-восстановительными реакциями.
Процессы окисления и восстановления.
Выясним происхождение термина «окислительно-восстановительная реакция». Ранее, характеризуя реакции с участием кислорода, мы утверждали, что вещество, взаимодействующее с кислородом, окисляется. В реакции (2) таким веществом является магний. Каждый
атом металла отдает 2 электрона, превращаясь в катион:
При этом степень окисления элемента Магния увеличивается от 0 до +2; он окисляется.
С магнием взаимодействует кислород. Каждый атом Оксигена молекулы 02 присоединяет 2 электрона и превращается в анион:
Степень окисления Оксигена понижается от О до -2; этот элемент восстанавливается.
Окисление — процесс отдачи электронов частицей вещества, а восстановление — процесс присоединения ею электронов.
Процессы окисления и восстановления всегда сопровождают друг друга. Электроны не возникают из ничего и не накапливаются в пробирке. Сколько электронов отдают одни частицы, столько же их присоединяют другие. Убедимся в этом на примере реакции
Два атома Магния теряют 4 электрона
а два атома Оксигена, имеющиеся в молекуле 02, присоединяют 4 электрона:
Теорию окислительно-восстановительных реакций, названную электронно-ионной теорией, предложил в 1914 г. отечественный ученый Л. В. Писаржевский.
Окислители и восстановители. Для веществ, принимающих участие в окислительно-восстановительной реакции, используют термины «окислитель» и «восстановитель». Запомните: окислитель присоединяет электроны и восстанавливается (им в реакции 2Mg + 02 = 2MgO является кислород), а восстановитель отдает электроны и окисляется (это — магний).
Лев Владимирович Писаржевский (1874—1938)
Украинский химик, академик АН СССР и АН УССР. Разработал теорию окислительновосстановительных реакций, в основе которой — представление о переходе электронов от одних частиц к другим (1914). Заложил фундамент электронной теории катализа. Профессор Киевского политехнического института (1908—1911), екатеринославских (ныне —днепровские) высших учебных заведений — горного института и университета. С1927 г. — директор созданного по его инициативе Украинского института физической химии (ныне — Институт физической химии НАН Украины им. Л. В. Пи сарже веко го).
Среди окислителей и восстановителей обнаруживаем как простые, так и сложные вещества. Некоторые вещества могут быть только окислителями (например, фтор), другие — только восстановителями (например, металлы). Большинство неметаллов, а также соединения элементов в промежуточных степенях окисления в одних реакциях являются окислителями, а в других — восстановителями.
Назовите окислитель и восстановитель в реакции
На основании изложенного материала делаем вывод: если в реакции принимает участие или образуется простое вещество, то такая реакция является окислительно-восстановительной. В самом деле, степень окисления элемента в простом веществе равна нулю, а в соединении является положительным или отрицательным числом.
В клетках таблицы растворимости, отвечающих солям Fel3 и Cul2, есть прочерки. Они свидетельствуют о том, что этих соединений не существует. Ионы Fe3+ и Си2+ вступают в окислительно-восстановительные реакции с ионами 1~ (рис. 31). Соответствующие ионно-молекулярные уравнения:
Катионы металлических элементов являются окислителями, а анион Иода — восстановителем.
Рис. 31.
Реакция купрум(М) сульфата с калий иодидом в растворе
Значение окислительно-восстановительных реакций. Окислительно-восстановительные реакции постоянно происходят в природе. Они составляют основу таких важнейших процессов, как дыхание и фотосинтез. В этих процессах одним из элементов, изменяющих степень окисления, является Оксиген. При дыхании его атомы (из них состоят молекулы кислорода) восстанавливаются, а при фотосинтезе (они имеются в молекулах оксигенсо-держащих соединений) — окисляются:
Окислительно-восстановительные реакции используются во многих отраслях промышленности. Осуществляя химические превращения этого типа, из руд получают металлы. На тепло-
электростанциях сжигают различные виды топлива, в двигателях автомобилей сгорают бензин, дизельное горючее, природный газ.
Некоторые окислительно-восстановительные реакции играют отрицательную роль. Они приводят к пожарам, ржавлению железа (рис. 32), вызывают порчу пищевых продуктов и т. п.
Рис. 32. Корпус судна, покрытый ржавчиной
ВЫВОДЫ
Реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, называют окислительновосстановительными. Окисление — процесс отдачи электронов частицами вещества, а восстановление — процесс присоединения электронов.
Вещество, которое окисляется, называют восстановителем, а вещество, которое восстанавливается, — окислителем. Окислитель присоединяет столько электронов, сколько их отдает восстановитель.
Окислительно-восстановительные реакции происходят в природе; их используют в промышленности, теплоэнергетике, транспортных средствах.
105. Какие реакции называют окислительно-восстановительными?
106. Дайте определения терминам «окисление», «восстановление», «окислитель», «восстановитель». Используя эти термины, прокомментируйте реакцию натрия с хлором.
107. Почему реакции, с помощью которых из металлических руд получают металлы, являются окислительно-восстановительными?
108. Выберите среди приведенных схем те, которые отвечают окислительно-восстановительным реакциям, и объясните свой выбор:
109. Запишите в пустые клетки таблицы по одному химическому уравнению (не используйте приведенных в параграфе и предыдущем задании):
110. Укажите вещество-окислитель и вещество-восстановитель в каждой реакции:
111. Найдите соответствие и укажите, в каком веществе Хлор может быть в химических реакциях только окислителем, а в каком веществе — только восстановителем:
112. Какие частицы — атом К, ион S2", атом С, ион Са2+, ион Fe2+, атом Fe, атом F — могут быть в химических реакциях:
а) только окислителями;
б) только восстановителями;
в) и окислителями, и восстановителями?
Ответы обоснуйте.
113. Составьте последовательность простых веществ по увеличению их химической активности как окислителей (запишите буквы в соответствующем порядке):
а) сера; в) фосфор;
б) фтор; г) хлор.
114. Напишите вместо точек, сколько электронов присоединяют или отдают ионы, и укажите процессы окисления и восстановления:
115. Сколько электронов присоединяет или отдает атом Сульфура в каждом из таких превращений:
а) сульфат-ион -» сульфит-ион;
б) молекула сульфатной кислоты -> молекула сероводорода;
в) молекула сульфур(1У) оксида -» сульфат-ион?
116. Какой объем водорода (н. у.) можно получить в результате реакции 10 г лития с достаточным количеством воды?
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля