Окислительно-восстановительные свойства веществ
 Скачать 63.75 Kb.
|
| Окислительно-восстановительные свойства веществ. Для понимания зависимости окислительно-восстановительных свойств веществ от положения элемента, их образующего, в ПСЭ, надо вспомнить о понятиях «окислительно-восстановительные реакции», «окислитель» и «восстановитель». Окислительно-восстановительные (о/в) реакции – реакции, идущие с переносом электронов. Степень окисления (СО) – условный заряд, который приобрел бы атом, если все связи в нем были ионные. Вычисляется исходя из постулатов:
К качестве примера определим СО марганца в перманганате калия (КMnO4). Сумма отрицательных зарядов на кислороде равна +8 [(+2) 4]. Так как СО молекулы равна 0; сумма положительных зарядов должна быть равна -8; из них СО К+ равна +1. Следовательно, СО марганца равна +7. Окислитель – элемент, принимающий электроны. При этом он восстанавливается. Его СО понижается. Например, Mn+7 + 5e = Mn2+ Восстановитель отдает электроны. При этом он окисляется. Его СО повышается. Например, Mn 2+ – 2e = Mn4+. Чем больше заряд и меньше «радиус» элемента, тем легче принять электрон, тем активнее окислитель. Способность элементов притягивать к себе электроны отражает понятие «электроотрицательность» (ЭО). Поэтому в периодах ПСЭ ЭО элементов увеличивается слева направо; в группах ЭО увеличивается снизу вверх. Наиболее активные окислители – фтор, хлор, кислород, азот имеют наибольшие значения ЭО. Самый активный из них – фтор имеет самое высокое значение ЭО. Фтор окисляет даже кислород и благородные (ранее назывались инертными) газы. Чем меньше заряд и больше «радиус» элемента, тем легче отдать электрон, тем сильнее выражены восстановительные свойства. Самый активный восстановитель ПСЭ – франций В периоде ПСЭ с ростом заряда и незначительным уменьшением «радиуса» окислительные свойства усиливаются слева направо за счет усиления притяжения валентных электронов наиболее положительно заряженным ядром. Это необходимо учитывать, определяя окислитель и восстановитель в реакциях между элементами одного периода. Так в реакции между серой и хлором окислитель – хлор, восстановитель – сера. В группах ПСЭ сверху вниз усиливаются восстановительные свойства. Для понимания связи о/в свойств элемента и его соединений с положением элемента в ПСЭ, рассмотрим следующие понятия: высшая степень окисления (больше которой не может быть) численно равна номеру группы, в которой находится элемент в ПСЭ. В высшей СО все элементы – только окислители, могут только принимать электроны. Например, высшая СО серы равна + 6; низшая степень окисления (меньше которой не может быть) для металлов равна нулю; для неметаллов численно равна номеру группы, в которой находится элемент в ПСЭ, минус восемь. Например, низшая СО серы равна –2 (H2S), магния равна 0; промежуточная степень окисления – СО, находящаяся между низшей и высшей СО элемента. В промежуточной СО элементы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от партнера по реакции. Например, промежуточная СО на сере в сернистой кислоте (H2SO3) и SO2 - оксиде серы (IV), равна +4, поэтому сернистая кислота в реакции с H2S – окислитель, а в реакции с КMnO4 – восстановитель. Типы о/в реакций Для понимания процесса протекания о/в реакций рассмотрим различные типы о/в реакций. межмолекулярные реакции – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах, например, КMnO4 + H2S; внутримолекулярные – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся внутри одной и той же молекулы. Например, в молекуле (NH4)2 Cr2О7: N-3 – восстановитель, Сr6+ - окислитель; самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования) –окислитель и восстановитель один и тот же элемент, находящийся в промежуточной СО. Он сам себя окисляет и восстанавливает. Например, Сl2 в реакции с водой сам себя окисляет и восстанавливает. Определение продуктов о/в реакций. В межмолекулярных и внутримолекулярных о/в реакциях сначала определяют окислитель и восстановитель. Затем, исходя из их возможных СО, определяют возможные продукты реакции, помня о том, что окислитель понижает СО, а восстановитель ее повышает. Например, в реакции между оксидом свинца (IV) и иодидом калия ( в сернокислой среде): PbO2 – окислитель (свинец находится в 4 группе ПСЭ, Pb+4 – высшая СО свинца). Понижая свою СО, свинец может превратиться в Pb+2; KI - восстановитель ( йод – элемент 7 группы ПСЭ, I1- - низшая CО йода). Повышая свою СО, йод может превратиться в I20. Напомним, что молекула йода, как и других галогенов, состоит из двух атомов. Cхема реакции: PbO2 + KI + Н2SO4 = PbSO4 + I20 + K2SO4 + Н2О, где K2SO4 + Н2О – продукты реакции обмена. Следует помнить, что для амфотерных элементов (оксиды и гидроксиды которых – амфотерны), вид получаемого продукта зависит также и от реакции среды: Pb2+ в сернокислой среде существует в виде PbSO4, в щелочной среде (КОН) – в виде К2РbO2, т.к. Pb(OH)2 + Н2SO4 = PbSO4 + Н2О Pb(OH)2 + 2КОН = К2РbO2+ 2Н2О Для амфотерных элементов, имеющих много различных СО, например, для марганца, в зависимости от среды получаются продукты с различными СО. Больше всего СО изменяется в кислой среде, меньше всего – в щелочной. Например, в кислой среде Mn+7 + 5e = Mn2+, в нейтральной Mn+7 + 3е = Mn4+ в щелочной среде Mn+7 + 1е = Mn+6 В реакциях диспропорционирования элемент, находящийся в промежуточной СО, может сам себя окислять и сам себя восстанавливать, вступая в реакции самоокисления – самовосстановления. При этом (если реакция проводится без нагревания) получаются продукты реакции со СО, ближайшими к исходному. Например: Cl2 + H2O = HCl + HClO Коэффициенты в уравнениях о/в реакций. Чтобы правильно расставить коэффициенты в уравнении о/в реакции, нужно составить электронный баланс, помня, что количество отданных и принятых электронов в реакции равны между собой. Составим такой баланс для выше написанной реакции между оксидом свинца (IV) и иодидом калия (в сернокислой среде) и расставим коэффициенты в ее уравнении PbO2 + 2KI + 2Н2SO4 = PbSO4 + I20 + K2SO4 + 2Н2О Pb+4 + 2e = Pb2+ , 2I- - 2e = I2 Тренировочные задания
Тесты по теме 1.На каком энергетическом уровне находятся валентные электроны у атомов: а) мышьяка; б) олова? а) 1 – на 2, 2 – на 5, 3 – на 4; б) 1 – на 5; 2 – на 4, 3 – на 2. 2.Назовите наиболее активный металл среди элементов 2 группы ПСЭ: а) кальций; б) кадмий; в) радий. 3.Назовите наиболее активный неметалл среди элементов 6 группы: а) сера; б) теллур; в) кислород. 4.В какой из перечисленных групп приведены формулы только кислотных оксидов? а) SO3, BaO, ZnO; б) СО2, SO3, N2O5; в) МnO, CaO, BaO. 5. В какой из перечисленных групп приведены формулы веществ, проявляющих только восстановительные свойства? а) H2S, Zn, NH3; б) H2SO3, H2S, H2SO4; в) H2SO4, KClO3, Mg . |