Окислитель и восстановитель. Электронный баланс

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — самые распространённые в природе и технике: горение, дыхание, фотосинтез, коррозия, выплавка металлов, работа батареек. Их общая черта — переход электронов от одних атомов к другим, который виден по изменению степеней окисления (раздел «Классификация реакций»). Задание 19 проверяет умение находить окислитель и восстановитель, задание 29 — составлять и уравнивать ОВР.

Окисление и восстановление

Окисление — процесс отдачи электронов, степень окисления элемента при этом повышается. Восстановление — процесс присоединения электронов, степень окисления понижается. Оба процесса всегда идут одновременно: сколько электронов отдал один атом, столько принял другой.

Восстановитель — частица, которая отдаёт электроны; сама она при этом окисляется. Окислитель — частица, которая принимает электроны; сама она восстанавливается. Например, в реакции \(\ce{Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu}\) цинк отдаёт два электрона (\(0 \rightarrow +2\)) — он восстановитель и окисляется; ион меди принимает их (\(+2 \rightarrow 0\)) — он окислитель и восстанавливается.

Метод электронного баланса

Коэффициенты в ОВР находят из условия: число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем. Порядок действий:

1. расставить степени окисления и найти элементы, которые их меняют;
2. записать полуреакции окисления и восстановления с числом электронов;
3. найти наименьшее общее кратное чисел электронов и множители к полуреакциям;
4. перенести множители в уравнение как коэффициенты при окислителе и восстановителе и их продуктах;
5. уравнять остальные атомы: металлы и кислотные остатки, затем водород, проверить по кислороду.

Пример — медь с концентрированной азотной кислотой, \(\ce{Cu + HNO3} \rightarrow \ce{Cu(NO3)2 + NO2 + H2O}\):

\[ \ce{Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O} \]

Множитель 2 при азоте даёт две молекулы \(\ce{NO2}\). Ещё две молекулы кислоты нужны для образования соли: в \(\ce{Cu(NO3)2}\) азот не меняет степень окисления, эти молекулы — солеобразователь. Поэтому коэффициент перед кислотой ставят последним: \(2 + 2 = 4\). Водород даёт 2 молекулы воды, кислород проверяет: \(12 = 6 + 4 + 2\).

Типы ОВР

Если окислитель и восстановитель — разные вещества, реакция межмолекулярная (\(\ce{Zn + CuSO4}\)). Если это атомы разных элементов одной молекулы — внутримолекулярная: \(\ce{2KClO3 ->[t^\circ] 2KCl + 3O2 ^}\). Если один и тот же элемент и повышает, и понижает степень окисления — диспропорционирование: \(\ce{Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O}\). Обратный процесс — конпропорционирование: \(\ce{2H2S + SO2 -> 3S + 2H2O}\).