Кто кому отдаёт электроны
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, в которых меняются степени окисления атомов. Один участник электроны отдаёт, другой принимает.
Окислитель принимает электроны, его СО понижается, сам он восстанавливается.
Запоминалка: «окислитель — отнимает», «восстановитель — отдаёт, а сам окисляется».
| Типичные окислители | Типичные восстановители |
|---|---|
| O2, O3, F2, Cl2, HNO3, H2SO4 (конц.), KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, соли Fe3+ | металлы, H2, C, CO, H2S и сульфиды, HI и иодиды, NH3, соли Fe2+, SO2 и сульфиты |
Двойственность. Элемент в высшей степени окисления (S+6, N+5, Mn+7) может быть только окислителем, в низшей (S−2, N−3, I−) — только восстановителем. В промежуточной (S+4 в SO2, N+3 в NaNO2, O−1 в H2O2) — и тем и другим.
Проверь себя. Какую роль в реакциях может играть только сера в степени окисления +6: окислитель или восстановитель?
Ответ: окислитель
Метод электронного баланса
- Расставьте степени окисления всех элементов.
- Найдите элементы, которые изменили СО.
- Составьте схемы отдачи и приёма электронов.
- Найдите наименьшее общее кратное числа электронов и множители.
- Поставьте множители в уравнение как коэффициенты, затем уравняйте остальные атомы (водород и кислород — в последнюю очередь).
Пример (ОГЭ 20). H2S + HNO3 → S + NO + H2O
S−2 − 2e → S0 | ×3 — восстановитель (сера в H2S), окисляется
N+5 + 3e → N+2 | ×2 — окислитель (азот в HNO3), восстанавливается
НОК(2; 3) = 6. Итог: 3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + 4H2O.
Проверка по кислороду: слева 2·3 = 6, справа 2 + 4 = 6 ✔.
Пример (ЕГЭ 29). KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
Mn+7 + 5e → Mn+2 | ×2
2Cl−1 − 2e → Cl20 | ×5
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. Хлор: слева 16, справа 2 + 4 + 10 = 16 ✔. HCl здесь играет две роли: 10 молекул — восстановитель, 6 — среда (солеобразование).
Как среда меняет продукты
| Окислитель | Кислая среда | Нейтральная | Щелочная |
|---|---|---|---|
| KMnO4 (фиолетовый) | Mn2+ (бесцветный) | MnO2 (бурый осадок) | K2MnO4 (зелёный) |
| K2Cr2O7 (оранжевый) | Cr3+ (зелёно-фиолетовый) | в щелочной среде хром(VI) существует как хромат CrO42− (жёлтый) | |
Кислоты-окислители. Концентрированная HNO3 с малоактивными металлами → NO2, разбавленная → NO. Концентрированная H2SO4 с медью → SO2. Водород в этих реакциях не выделяется никогда.
Пример. 5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
S+4 − 2e → S+6 | ×5; Mn+7 + 5e → Mn+2 | ×2. Кислая среда — марганец восстанавливается до +2, раствор обесцвечивается.
Электролиз (ЕГЭ 20)
Электролиз — ОВР под действием электрического тока. На катоде (−) идёт восстановление, на аноде (+) — окисление. В расплаве всё просто: NaCl → Na (катод) + Cl2 (анод). В водном растворе с ионами соли конкурирует вода.
| Катод: катион металла | Что выделяется |
|---|---|
| Li … Al (активные) | только H2 (восстанавливается вода) |
| после Al до H (Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb) | металл и H2 одновременно |
| после H (Cu, Ag, Hg, Au) | только металл |
| Анод (инертный): анион | Что выделяется |
| Cl−, Br−, I−, S2− | Cl2, Br2, I2, S |
| SO42−, NO3−, PO43−, F− | O2 (окисляется вода) |
| RCOO− (карбоксилаты) | CO2 и углеводород R–R |
Пример. Раствор NaCl: 2NaCl + 2H2O → H2↑ (катод) + Cl2↑ (анод) + 2NaOH.
Раствор CuSO4: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu (катод) + O2↑ (анод) + 2H2SO4.
Проверь себя. Какой газ выделяется на инертном аноде при электролизе раствора сульфата натрия?
Ответ: кислород