Важнейшие окислители и восстановители

Свойства сложных веществ обусловлены наличием в их составе элементов с переменной степенью окисления. Если в состав вещества входит элемент с высшей степенью окисления, он может только понижать ее, т.е. участвовать в процессе восстановления. Следовательно, данное вещество может только присоединять электроны и выступать только в роли окислителя.

Например, свойства KMnO₄ определяются степенью окисления марганца. Марганец в KMnO₄ имеет высшую степень окисления +7, поэтому KMnO₄ может быть только окислителем.

Если в состав вещества входит элемент с низшей степенью окисления, он может только повышать ее, т.е участвовать в процессе окисления. Следовательно, данное вещество может только отдавать электроны и выступать только в роли восстановителя.

Например, свойства аммиака NH₃ определяются степенью окисления азота. Азот в NH₃ имеет низшую степень окисления -3, поэтому NH₃ может быть только восстановителем.

Если в состав вещества входит элемент с промежуточной степенью окисления, он может как повышать, так и понижать ее, т.е может участвовать и в процессе окисления, и в процессе восстановления. Следовательно, данное вещество может быть и окислителем, и восстановителем, в зависимости от второго участника реакции.

Важнейшими окислителями являются:

а) простые вещества – неметаллы с наибольшими значениями электроотрицательности – фтор F₂, кислород О₂;

б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в высшей степени окисления – KMnO₄, хроматы и дихроматы (например, дихромат калия K₂Cr₂O₇), HNO₃ и ее соли – нитраты, концентрированная H₂SO₄, оксид свинца (IV) PbO₂, хлорная кислота HClO₄ и ее соли – перхлораты и др.

Важнейшими восстановителями являются:

а) все простые вещества – металлы. Наиболее активными восстановителями являются щелочные и щелочноземельные металлы, магний Mg, алюминий Al, цинк Zn;

б) сложные вещества, молекулы которых содержат элементы в низшей степени окисления –СН₄, силан SiH₄, NH₃, фосфин РН₃, нитриды и фосфиды металлов (например Na₃N, Ca₃P₂), Н₂S и сульфиды металлов, галогеноводороды HI, HBr, HCl и галогениды металлов, гидриды металлов (например, NaH, CaH₂) и др.

Среди веществ, содержащих элементы в промежуточных степенях окисления, есть вещества, для которых более характерными являются или окислительные, или восстановительные свойства. Обычно являются окислителями галогены Cl₂ и Br₂, хлорноватистая кислота HClO и ее соли – гипохлориты, хлораты (KClO₃ и др.), оксид марганца (IV) MnO₂, соли трехвалентного железа (FeCl₃ и др.). Как правило в роли восстановителей выступают Н₂, С, оксид углерода (II) СО, сульфиты металлов (Na₂SO₃ и др.), соли двухвалентного железа (FeSO₄ и др.).

Эквиваленты окислителей и восстановителей

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода. Если водород выступает в качестве восстановителя (или окислителя), то 1 моль его атомов высвобождает (или присоединяет) 1 моль электронов:

½Н₂ = Н⁺ + ē ½Н₂ + ē = Н^-

Поэтому эквивалентом окислителя (восстановителя) называется такое его количество, которое, восстанавливаясь (окисляясь), присоединяет (высвобождает) 1 моль электронов.

В соответствии с этим, эквивалентная масса окислителя (восстановителя) Э равна его молекулярной массе М, деленной на число электронов n, которые присоединяет (высвобождает) одна молекула окислителя (восстановителя) в данной реакции: Э = М/n [г/моль]

Поскольку одно и то же вещество в разных реакциях может отдавать или присоединять разное число электронов, то и его эквивалентная масса может иметь различные значения. Так, KMnO₄ (М = 158,0 г/моль) в зависимости от кислотности среды восстанавливается по-разному.

В кислой среде восстановление протекает по уравнению:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē^- = Mn²⁺ + 4H₂O, где n=5, эквивалент KMnO₄ равен 1/5 моля, а его молярная масса эквивалентна М_э = 158,0/5 = 31,6 г/моль-экв.

В нейтральной и слабощелочной средах уравнение полуреакции восстановления имеет вид:

MnO₄^- + 2Н₂О + 3ē = MnO₂ + 4OH^-, откуда следует, что n=3, эквивалент KMnO₄ равен 1/3 моля, а М_э = 158,0/3=52,7 г/моль-экв.

Наконец, при восстановлении KMnO₄ в сильнощелочной среде

MnO₄^- + ē = MnO₄^2-, где n=1, эквивалент KMnO₄ равен 1 молю, М_э =158,0 г/моль-экв.

Пример 1

Вычислить эквивалент и эквивалентную массу сероводорода, если он окисляется до серной кислоты.

Решение

Уравнение процесса окисления сероводорода:

H₂S + 4H₂O - 8ē = SO₄^2- + 10H⁺

Поскольку одна молекула H₂S, окисляясь, отдает 8 электронов, то эквивалент сероводорода равен 1/8 моля и М_э = 34,08/8 =4,26 г/моль-экв.

Пример 2

Какую массу оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄ можно окислить действием 50 мл 0,2н раствора перманганата калия в кислой среде?

Решение

В 1 л раствора перманганата калия содержится 0,2 эквивалента KMnO₄, а в 50 мл раствора 0,2 × 0,05 = 0,01 эквивалента. Согласно закону эквивалентов, при восстановлении этого количества KMnO₄ будет окислено такое же количество восстановителя.

Найдем эквивалентную массу (NH₄)₂C₂O₄. Из уравнения полуреакции окисления

С₂О₄^2- - 2ē = 2СО₂

следует, что М_э = М/n = 124,1/2 = 62,05. Следовательно, имеющимся количеством KMnO₄ можно окислить 62,05 × 0,01 = 0,62 г оксалата аммония.

Дата добавления: 2015-07-12