Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Процесс отдачи электронов называется окислением, а процесс присоединения электронов — восстановлением.

Под степенью окисления (п) понимают условный заряд атома, который вычисляют исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. Иными словами: степень окисления — это условный заряд, который приобрел бы атом элемента, если предположить, что они принял или отдал то или иное число электронов.

Окисление-восстановление — это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление — к ее понижению у окислителя.

Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях: окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает. При этом не имеет значения, переходят ли электроны от одного атома к другому полностью и образуются ионные связи или электроны только оттягиваются к более электроотрицательному атому и возникает полярная связь. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окислительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.

Атом того или иного элемента в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства, а в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом же элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например:

 N⁺⁵ (HNO₃) проявляет только окислительные свойства.

проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

N  (NH₃)  проявляет только восстановительные свойства.

При протекании окислительно-восстановительных реакций валентность атомов может и не меняться. Например, в окислительно-восстановительной реакции Н  + С1  = 2H⁺C1  валентность атомов водорода и хлора до и после реакции равна единице. Изменилась их степень окисления. Валентность определяет число связей, образованных данным атомом, и поэтому знака заряда не имеет. Степень же окисления может быть и отрицательной и положительной.

Пример 1. Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соединениях NНз, HNO₂, НNО₃, H₂S, Н₂SО₃, Н₂SO₄, МпО₂ и КМnO₄, определите, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение. Степень окисления (n) азота в указанных соединениях соответственно равна: -3 (низшая), +3 (промежуточная), +5 (высшая); n ( S ) соответственно равна: -2 (низшая), +4 (промежуточная), +6 (высшая); n (Мп) соответственно равна: + 4 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: NН₃, H₂S — только восстановители; НNО₃, H₂SO₄, КМnO₄ — только окислители; HNO₂, Н₃SO₃, MnO₂ — окислители и восстановители.

Пример 2. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: a) H₂S и HI; б) H₂S и Н₂SО₃; в) Н₂SО₃ и НС1O₄?

Решение, а) Степень окисления серы в H₂S n ( S ) = -2; степень окисления йqда в HI n ( I ) = -1. Так как и сера, и йод находятся в своей низшей степени окисления, то оба вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут;

б) в Н₂S n ( S ) = -2 (низшая), в Н₂SO₃ n( S ) = +4 (промежуточная).

Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем H₂SO₃ является окислителем, так как H₂S может быть только восстановителем;

в) в Н₂S0з n ( S ) = +4 (промежуточная); в НС10₄ n(С1) = +7 (высшая). Взятые вещества могут взаимодействовать, Н₂SО₃ в этом случае будет проявлять восстановительные свойства.

Пример 3. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

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

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится лишь к нахождению и расстановке стехиометрических коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

восстановитель	Р +3 – 2e ® P+5	5	Процесс окисления
окислитель	Mn+7 + 5e ® Mn+2	2	Процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов равно десяти. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид:

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

Пример 4. Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

Решение. Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свойства. В концентрированной серной кислоте окислительная функция принадлежит сере (+6). Максимальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления. Минимальная степень окис­ления серы, как p-элемента VI A-группы, равна -2. Цинк, как металл II В-группы, имеет постоянную степень окисления +2. Отражаем сказанное в электронных уравнениях:

Составляем уравнение реакции:

4 Zn + 5 H₂S0₄ = 4 ZnS0₄ + H₂S + 4 Н₂О.

Перед H₂S0₄ стоит коэффициент 5, а не 1, ибо четыре молекулы Н₂S0₄ идут на связывание четырех ионов Zn²⁺.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

221. Исходя из степени окисления хлора в соединениях НС1, HClO₃, НС1О₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
КВг + КвrO₃ + H₂S0₄ ® Вг₂ + K₂SО₄ + H₂O.

222. Реакции выражаются схемами:
Р + НIO₃ + Н₂О ® Н₃PO₄ + НI
H₂S + Cl₂ + H₂O ® H₂SО₄ + НСl
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое— восстановителем; какое вещество окисляется, какое —восстанавливается.

223. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление или восстановление — происходит при следующих превращениях:
 As⁺³ ® As⁺⁵; N⁺³ ® N^-3; S^-2 ® S°.
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
Na₂SО₃ + КМпО₄ + Н₂О ® Na₂SО₄ + МnО₂ + КОН.

224. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН₃, Н₃РО₄, Н₃РО₃. Определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
PbS + НNО₃ ® S + РЬ(NО₃)₂ + NO + Н₂О.

225. См. условие задачи 222.
Р + HNО₃ + Н₂О ® Н₃РО₄ + NO
КМnО₄ + Na₂SО₃ + КОН ->• К₂МnО₄ + Na₂SО₄ + H₂O.

226. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс — окисление или восстановление — происходит при следующих превращениях:
Мn⁺⁶ ® Mn⁺²; C1⁺⁵ ® Cl ; N   ® N⁺⁵.
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
Cu₂O + HNO₃ ® Сu(NО₃)₂ + NO + Н₂О.

227. См. условие задачи 222.
HNО₃ + Са ® NH₄NО₃ + Са(NO₃)₂ + Н₂О;
K₂S + КМnО₄ + H₂SО₄ ® S + K₂SО₄ + МnSО₄ + Н₂0.

228. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях K₂Cr₂O₇, KI и Н₂SО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме
NaCrО₂ + PbО₂ + NaOH ® Na₂CrО₄ + Na₂PbО₂ + H₂O.

229. См. условие задачи 222.
H₂S + Cl₂ + H₂О ® H₂SО₄ + HC1;
К₂Сr₂О₇ + H₂S + H₂SО₄ ® S + Сr₂(SО₄)₃ + K₂SО₄ + H₂О.

230. См. условие задачи 222.
КClO₃ + Na₂SО₃ ® KC1 + Na₂SО₄;
KMnО₄ + HBr ® Br₂ + KBr + MnBr₂ + H₂О.

231. См. условие задачи 222.
Р+ НClO₃ + H₂О ® Н₃РО₄ + HC1;
Н₃AsО₃ + KMnО₄ + H₂SО₄ ® Н₃AsO₄ + MnSО₄ + K₂SO₄ + H₂O.

232. См. условие задачи 222.
NaCrО₂ + Br₂ + NaOH ® Na₂CrО₄ + NaBr + H₂О;
FeS + HNО₃ ® Fe(NО₃)₂ + S + NO + H₂О.

233. См. условие задачи 222.
HNO₃ + Zn ® N₂O + Zn(NО₃)₂ + H₂О;
FeSО₄ + КСlO₃ + H₂SО₄ ® Fe₂(SО₄)₃ + KC1 + H₂О.

234. См. условие задачи 222.
К₂Сr₂О₇ + HC1 ® Сl₂ + СгС1₃ + KC1 + Н₂O;
Au + HNО₃ + HC1 ® AuС1₃ + NO + H₂O.

235. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: a) NH₃ и KMnО₄; б) HNО₂ и HI; в) HC1 и H₂Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
KMnО₄ + KNО₂ + H₂SО₄ ® MnSО₄ + KNО₃ + K₂SО₄ + H₂O.

236. См. условие задачи 222.
HC1 + СгО₃ ® Cl₂ + СгС1₃ + H₂О;
Cd + KMnО₄ + H₂SО₄ ® CdSО₄ + MnSО₄ + K₂SО₄ + H₂О.

237. См. условие задачи 222.
Сг₂O₃ + КClO₃ + КОН ® K₂CrO₄ + KC1 + H₂O;
MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ ® НМnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O.

238. См. условие задачи 222.
H₂SO₃ + НClO₃ ® H₂SO₄ + HC1
FeSO₄ + К₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

239. См. условие задачи 222.
I₂ + Cl₂ + H₂O ® НIO₃ + HC1
К₂Сr₂O₇ + Н₃РО3 + H₂SO₄ -» Cr₂(SO₄)₃ + Н₃РO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

240. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) РН₃ и HBr; б) К₂Сr₂O₇ и Н₃РО₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
AsH₃ + HNO₃ ® НзAsO₄ + NO₂ + H₂O.