Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) имеют большое значение в теории и практике. С ними связаны процессы: дыхание, обмен веществ, фотосинтез, гниение, горение, электролиз, коррозия металлов и др.

 ОВР называются реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

 Степень окисления– это условный заряд, который приобрел бы атом элемента, если предположить, что он принял или отдал то или иное число электронов.

 Степень окисления может иметь нулевое, отрицательное, положительное значения.

При определении степени окисления следует знать несколько основных положений:

(-2) - степень окисления

атома кислорода в соединениях:

H₂⁺O^-2, Cu⁺²O^-2 (исключение: пероксиды: H₂ ⁺O₂ ^-1, Na₂O₂^-1, CaO₂^-1; супероксиды (надперекиси): KO₂^-1/2, CsO₂^-1/2; фторид кислорода O⁺²F₂ ^-).

(-1) - степень окисления фтора в соединениях: H⁺F^- , Са⁺²F₂^-.

( 0) - нулевую степень окисления имеют атомы в молекулах простых веществ и свободные металлы: H₂⁰ , O₂⁰ , Cl₂⁰ , Zn⁰ , Cu⁰ и др.

(+1)  - степень окисления щелочных металлов (I А погруппа): Na⁺Cl^-, K⁺Br^- и др.

(+2) - степень окисления щелочноземельных металлов (II А подгруппа): Сa⁺²Cl₂^- , Ba⁺²O^-2 и др.

Используя эти данные, можно вычислять степени окисления других атомов в соединениях, зная, что алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в молекулу, равна нулю.

 Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях.

 Окислитель- это вещество, принимающее электроны. Процесс приема электронов называется восстановлением, например:

Mn⁶⁺ + 2e^- ® Mn⁴⁺,

Мn⁶⁺ - окислитель, в процессе реакции восстанавливается до Mn⁴⁺.

 Восстановитель – вещество, отдающее электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением, например:

Zn⁰ – 2e^- ® Zn²⁺,

Zn⁰ – восстановитель, в процессе реакции окисляется до Zn²⁺. 

Основные типы окислительно-восстановительных реакций (ОВР)

К межмолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах. Например, в реакции алюминия с азотной кислотой:

 8 Al⁰ + 30 HN⁺⁵O_3разб. = 8 Al⁺³(NO₃)₃ + 3 N⁺¹₂O + 15 H₂O

Al – восстановитель, HNO₃ – окислитель.

К внутримолекулярным относятся реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе:

  2 KCl⁺⁵O₃^-2 = 2 KCl^-1 + 3 O₂⁰

В этой реакции атом хлора (окислитель) и атом кислорода (восстановитель) входят в состав одного и того же вещества KClO₃.

Среди внутримолекулярных реакций выделяют реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). Атом одного и того же элемента является и окислителем и восстановителем:

  Cl₂⁰ + H₂O = HCl⁺¹O + HCl^-1

В этой реакции часть атомов хлора восстанавливается, изменяя степень окисления от 0 до -1, а другая часть окисляется от 0 до +1.

Все химические реакции протекают в соответствии с законом сохранения массы и энергии. В ходе окислительно-восстановительных реакций число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (закон сохранения зарядности). Полные уравнения окислительно-восстановительных реакций можно составить с помощью методов: а) электронного и б) электронно-ионного балансов.

Метод электронного баланса

основан на сравнении степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах. Сущность этого метода можно уяснить на следующем примере.

Пример. Составить электронные уравнения для реакции, протекающей по схеме:    

KMnO₄ + H₃PO₃ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + H₃PO₄ + K₂SO₄ + H₂O

1). Расставляем степени окисления атомов.

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2 + H₃⁺¹P ⁺³O₃^-2 + H₂ ⁺¹S⁺⁶O₄^-2 = Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2 +

H₃ ⁺¹P⁺⁵O₄^-2 +K₂ ⁺¹S⁺⁶O₄^-2 + H₂ ⁺¹O^-2

 2). Выписываем элементы, атомы или ионы которых изменяют степени окисления, такими элементами являются Mn и P.

 3). Составляем электронные уравнения, то есть схемы изменения зарядов атомов в левой и правой частях реакции:

   P³⁺ - 2e^- ® Р⁵⁺  ½  5,    процесс окисления

  Mn⁷⁺ +5e^- ® Mn²⁺ ½ 2,  процесс восстановления

 4). Общее число электронов, которые присоединяет окислитель, должно быть равно числу электронов, которые отдает восстановитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов - десять. Делим число 10 на число принятых электронов марганцем и на число отданных электронов фосфором, получим коэффициенты: для марганца - 2, а для фосфора – 5.

 5). Найденные коэффициенты 2 и 5ставим перед формулами соединений восстановителя и окислителя.

 6) Уравниваем количество ионов калия в правой и левой частях уравнения, подсчитываем число ионов SO₄^2- в правой части, ставим коэффициент 3 перед формулой H₂SO₄ . Уравниваем число атомов водорода в правой части уравнения, ставим коэффициент 3 перед формулой H₂O.

 Молекулярное уравнение реакции будет иметь вид:

2KMnO₄ + 5H₃PO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5H₃PO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

6). Проводим проверку по количеству атомов кислорода. Вступило в реакцию 35 атомов кислорода. В продуктах реакции атомов кислорода 35. Следовательно, реакция записана, коэффициенты расставлены правильно.