Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Реакции окисления-восстановления





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

7.2.1. Сущность и основные понятия

Свободные атомы - это электронейтральные частицы, но в сложных веществах незаряженные атомы могут встречаться лишь как довольно редкое исключение. Атомы разных элементов различаются по способности удерживать свои и приобретать «чужие» электроны. Это свойство выражается с помощьюэлектроотрицательности (с. 192).Оно приводит к появлению электрических зарядов на атомах.

Ионы натрия и хлора возникают при химической реакции между простыми веществами. Внешний электрон натрия с подуровня 3sпереносится на свободное место в подуровне Зр хлора, так как электроотрицательность натрия (х = 0,9)значительно меньше электроотрицательности хлора (х = 3,0):

Атомы натрия, отдающие электроны, играют роль восстановителя и в процессе реакции окисляются.Атомы хлора принимают электроны, играя роль окислителя, и при этом восстанавливаются. Реакцию можно охарактеризовать как окисление натрия и восстановление хлора. Это пример окислительно-восстановительной реакции.

Окислением называется отдача электронов. Восстановлением называется присоединение электронов.

Термины «окисление» и «восстановление» взяты из металлургии. Окисление в металлургии - это соединение металла с кислородом:

При этом металл теряет электроны. Потерю электронов стали называть окислением и во всех других реакциях. Получение металла из оксида естественно назвать восстановлением, т. е. возвращением в исходное состояние:

При восстановлении металл принимает электроны. Присоединение электронов стали называть восстановлением и во всех других реакциях.

Заряды на атомах имеются как в ионных, так и в молекулярных веществах. В последних смещение связывающих электронов к одному из двух атомов относительно невелико. Возникающие электрические заряды 8+ и 8- называют частичными. Подразумевается, что электроны в процессе своего движения большее время проводят вблизи более электроотрицательного атома. Этим и создается эффект частичного заряда. В молекуле хлороводорода заряд атома хлора -0,17, а атома водорода +0,17, или 17%, от заряда электрона. При рассмотрении многих вопросов, связанных с окислительно-восстановительными реакциями, истинная величина заряда не имеет значения, и принято считать, например, что водород окислен до состояния +1, а хлор восстановлен до состояния -1. Эти целые числа называются степенями окисления. Для обозначения состояния атома они записываются над символом элемента:

Степень окисления (СО.) - это формальный заряд атома, равный числу электронов, частично или полностью переданных более электроотрицательным атомам при образовании связей с ними (СО. положительна) или принятых от менее электроотрицательных атомов (СО. отрицательна).

По абсолютной величине степень окисления совпадает с валентностью атомов, кроме тех случаев, когда рассматриваемый атом одновременно связан как с более, так и с менее электроотрицательными атомами. Степени окисления рассчитывают на основе следующих правил.

1. Связи между одинаковыми атомами на степень окисления не влияют. Это означает также, что степени окисления атомов в простых веществах равны нулю.

2. В сложных веществах постоянные степени окисления имеют:

-2 - кислород во всех соединениях, кроме перок-

сидов и супероксидов;

-1 - фтор; остальные галогены - хлор, бром и иод - во всех соединениях, кроме соединений с кислородом; водород в соединениях с металлами и кремнием;

+1 - водород в соединениях с большинством неметаллов, кроме кремния; элементы группы IA от лития до франция;

+2 - элементы группы ПА от бериллия до радия; цинк;

+3- алюминий.

3. В частице, состоящей из нескольких атомов, сумма степеней окисления всех атомов равна ее заряду.

Применяя эти правила, можно определять степени окисления остальных атомов.

пример 7.4.Какую степень окисления имеет хром в ионе Сг3+?

решение.У одноатомного иона заряд совпадает со степенью окисления Сг+3.

ример 7.5. Определите СО. атомов в анионе SeOf".

решение.У кислорода постоянная СО. -2. Степень окисления х селена определим по правилу 3:

пример 7.6.Определите степени окисления атомов в дисульфиде калия K2S2.

решение.СО. (К) = +1 (правило 2). Степень окисления серы х определяем из уравнения 2(+1) + 2х = 0; х = -1. Се-

pa в данном веществе двухвалентна (K+S -S К+), но связь между атомами серы на степень окисления не влияет. Поэтому валентность и степень окисления серы в данном случае оказались разные.

задание 7.12. Определите степени окисления атомов в формальдегиде СОН2. Нарисуйте структурную формулу формальдегида. Сделайте выводы из результата.

Изменение степеней окисления атомов служит признаком окислительно-восстановительной реакции.

Передача электронов в виде электронной пары от основания к кислоте происходит и в кислотно-основной реакции, но это не ведет к изменению степеней окисления, так как атом-донор в такой реакции имеет большую электроотрицательность, чем атом-акцептор. Электронная пара, создающая связь между ними, остается принадлежащей донору более чем наполовину. Поэтому и сохраняются исходные степени окисления.

задание 7.13. Являются ли следующие химические реакции окислительно-восстановительными:

Реакции окисления-восстановления находят широкое практическое применение: сжигание всевозможных видов топлива, получение металлов и множества неорганических и органических химикатов. Все высшие животные и растения дышат, поглощая из воздуха кислород, служащий окислителем в экзотермических реакциях с продуктами превращения глюкозы и жиров. Для этого должен существовать мощный источник глюкозы. Это фотосинтез в листьях растений и в клетках водорослей. Рассматривая суммарное уравнение реакции фотосинтеза

мы убеждаемся, что здесь понижается степень окисления углерода и повышается степень окисления кислорода.

задание7.14.Какую роль в реакции окислениявосстановления играет атом, у которого степень окисления понижается? Какую роль играет атом, если его степень окисления повышается?

Реакции окисления-восстановления применяются для получения электрической энергии в гальванических элементах. В быту их называют батарейками, а используют для приведения в действие часов, калькуляторов, магнитофонов, фонарей и т. д. В смеси реагирующих веществ хаотически переносятся электроны от частиц восстановителя к частицам окислителя, и электрический ток как направленное движение зарядов не возникает. В гальваническом элементе окислитель и восстановитель помещаются раздельно, без непосредственного контакта. Поэтому обычная реакция идти не может. Одна из разновидностей гальванического элемента (рис. 7.4) представляет собой цинковый стакан, заполненный раствором аммиака и хлорида аммония. К раствору обычно добавляют крахмал для придания вязкости. В раствор опускают графитовый стержень, покрытый спрессованной смесью угля и оксида марганца(IV) - окислителя. Система герметически закупорена битумом. На поверхностях соприкосновения раствора с цинком и с оксидом марганца возникают электрические заряды и соответствующие им скачки потенциала. Поверхность цинка несет отрицательный заряд, превышаю-

Рис. 7.4. Устройство гальванического элемента

щий заряд на оксиде марганца (в готовом элементе цинковый электрод помечен знаком «минус»). Электроны не могут двигаться от цинка к марганцу через раствор, но их поток обнаруживается в виде электрического тока, как только цинк и графит соединяют внешним металлическим проводником. Это значит, что гальванический элемент заработал. По мере потери электронов ионы цинка переходят в раствор и с молекулами аммиака образуют комплексный ион:

Атомы марганца в оксиде, принимая по одному электрону, меняют степень окисления +4 - +3,и при этом лишний кислород О2 переходит в раствор, соединяясь там с протонами от аммония:

Сложением двух реакций, идущих на электродах, получаем суммарное уравнение химической реакции в гальваническом элементе:

Таким образом, благодаря особому устройству системы, называемой гальваническим элементом, энергию, выделяющуюся в ходе окислительно-восстановительной реакции, удается непосредственно реализовать в виде электричества.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.