ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ
Розділ 7. ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ. ЕЛЕКТРОЛІЗ
§ 7.1. Теорія окисно-відновних реакцій
Усі хімічні реакції можна розділити на два типи. До першого належать реакції, які відбуваються без зміни ступеня окиснення атомів, що входять до складу реагуючих речовин. Наприклад:
+1 +5 -2 +1 -2 +1 +1 +5 -2 +1 -2
HNO3 + NaOH = NaNO3 + Н2О;
+2 -1+1 +6 -2+2 +6 -2 +1 -1
ВаСl2 + K2SO4 = BaSO4 + 2КСl.
Як бачимо, ступінь окиснення кожного з атомів до і після реакції залишився без змін.
До
+ 1+5-1 +1-1 0
2КСlО3 = 2КСl + 3O2;
+1-1 0 0 +1-1
2КВr + Сl2 = Вr2 + 2КСl.
Тут у першій реакції атоми хлору і оксигену, а в другій – атоми брому і хлору змінюють ступені окиснення.
Реакції, що відбуваються зі зміною ступенів окиснення атомів, які входять до складу реагуючих речовин, називаються окисно-відновними.
Зміна ступеня окиснення пов’язана зі зміщенням або переходом електронів.
Окисно-відновні реакції – найбільш поширені і відіграють значну роль у природі й техніці. Вони є основою
Розглянемо основні положення теорії окисно-відновних реакцій.
1. Окисненням називається процес віддачі електронів атомом, молекулою або іоном. Наприклад:
Аl – З е – = Al3+; Fe2+ – е – = Fe3+;
Н2 – 2е – = 2Н+; 2Сl – 2е – = С-2.
Під час окиснення ступінь окиснення підвищується.
2. Відновленням називається процес приєднання електронів атомом, молекулою або іоном. Наприклад:
S + 2е – = S2-; Сl2 + 2е – = 2Сl ; Fe3+ + е – = Fe2+.
Під час відновлення ступінь окиснення знижується.
3. Атоми, молекули або іони, що віддають електрони, називаються відновниками. Під час реакції вони окислюються. Атоми, молекули або іони, що приєднують електрони, називаються окисниками. Під час реакції вони відновлюються. Оскільки атоми, молекули та іони входять до складу певних речовин, то і ці речовини відповідно називаються відновниками або окисниками.
4. Окиснення завжди супроводжується відновленням, і навпаки, відновлення завжди пов’язане з окисненням, що можна виразити рівняннями:
Відновник – 1 е – ⇆ Окисник;
Окисник + 1 е – ⇆Відновник.
Тому окисно-відновні реакції являють собою єдність двох протилежних процесів – окиснення і відновлення.
Число електронів, що їх віддає відновник, дорівнює числу електронів, які приєднує окисник.
При цьому незалежно від того, чи переходять електрони з одного атома на інший повністю або ж лише частково зміщуються до одного з атомів, умовно говорять тільки про електрони, які віддаються і приєднуються.
Процеси окиснення й відновлення можна фізично відокремити один від одного і здійснити перенесення електронів по зовнішньому електричному колу. Нехай у склянку 2 налито розчин йодиду калію Кl (рис. 7.1), а в склянку 4 – розчин хлориду феруму(ІІІ) FеСl3. Розчини сполучені між собою так званим електролітичним ключем 3 – U – подібною трубкою, заповненою розчином хлориду калію КСl, що забезпечує іонну провідність. У розчини занурено платинові електроди 1 і 5. Якщо замкнути коло, включивши в нього чутливий амперметр, то за відхиленням стрілки можна буде спостерігати проходження електричного струму і його напрямленість. Електрони
Рис. 7.1. Схема гальванічного елемента, побудованого на основі окисно-відновної реакції
Переміщуються від електрода з розчином йодиду калію до електрода з розчином хлориду феруму(ІІІ), тобтo від відновника – іонів l – – до окисника – іонів Fe3+ . Пpи цьому іони l – окиснюються до молекул йоду l2, а іони Fe3+ відновлюються до іонів феруму(ІІ) Fe2+ . Через деякий час продукти реакцій можна виявити характерними реакціями: йод – розчином крохмалю, а іони Fe2+ – розчином гексаціано-(ІІ)ферату калію (червоної кров’яної солі) K3 .
Наведена на рис. 7.1 схема являє собою гальванічний елемент, побудований на основі окисно-відновної реакції. Він складається з двох напівелементів: у першому відбувається процес окиснення відновника:
2 l – – 2е – = l2,
А в другому – процес відновлення окисника:
Fe3+ + 1е – = Fe2+.
Оскільки ці процеси відбуваються одночасно, то, помноживши останнє рівняння на коефіцієнт 2 (для зрівнювання числа відданих і приєднаних електронів) і підсумовуючи по – членно зазначені рівняння, дістанемо рівняння реакції:
2l – + 2Fe2+ = l2 + 2Fe2+
Або
2Кl + 2FeCl3 = l2 + 2FeCl3 + 2КСl.
Будь-яка окисно-відновна реакція може бути джерелом електричного струму, якщо вона відбувається у гальванічному елементі.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)