Окислительно-восстановительные реакции

Определение. Окислительно-восстановительная реакция

Окислительно-восстановительная реакция (ОВР) — это реакция, в которой происходит перенос электронов между атомами, сопровождающийся изменением их степеней окисления.

Степень окисления изменяется у одного или более атомов. Не все реакции обмена являются ОВР (например, $AgNO_3 + NaCl$ — это реакция обмена без ОВР).

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

Степень окисления

Степень окисления — условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи ионные.

Правила определения степеней окисления:

• Степень окисления простого вещества = 0
• Степень окисления моноатомного иона = заряду иона
• Водород: обычно +1 (кроме гидридов, где −1)
• Кислород: обычно −2 (кроме пероксидов −1)
• Металлы в соединениях: только положительны
• Сумма степеней окисления в молекуле = 0
• Сумма степеней окисления в ионе = заряду иона

Примеры:

Вещество	Степени окисления
$H_2SO_4$	H: +1, S: +6, O: −2
$KMnO_4$	K: +1, Mn: +7, O: −2
$FeSO_4$	Fe: +2, S: +6, O: −2
$K_2Cr_2O_7$	K: +1, Cr: +6, O: −2

Окисление и восстановление

Окисление — процесс отдачи электронов (степень окисления повышается).

Восстановление — процесс принятия электронов (степень окисления понижается).

$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ (окисление железа)

$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (восстановление меди)

Окислитель и восстановитель

Окислитель — вещество, которое принимает электроны (сам восстанавливается, его степень окисления понижается).

Восстановитель — вещество, которое отдаёт электроны (сам окисляется, его степень окисления повышается).

Правило: О.В. (Окислитель Взял) — сам восстанавливается; В.О. (Восстановитель Отдал) — сам окисляется.

Формула

Метод электронного баланса

Метод подбора коэффициентов в ОВР:

1. Определить степени окисления всех атомов
2. Найти атомы, степень окисления которых изменилась
3. Записать полуреакции (окисление и восстановление)
4. Уравнять число электронов, отданных и принятых (через НОК)
5. Подставить коэффициенты в уравнение

Пример: $Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3$

Шаг 1–2: Fe: 0 → +3 (окисление, −3e⁻). Cl: 0 → −1 (восстановление, +2e⁻ на атом).

Шаг 3–4:

• Fe − 3e⁻ → Fe³⁺ (×2)
• Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ (×3)
• НОК(3,2) = 6

Шаг 5: $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

Пример 1

Уравняйте реакцию методом электронного баланса: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Дано: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Формула: Fe: 0 → +2 (−2e⁻, восстановитель). Cu: +2 → 0 (+2e⁻, окислитель). Электроны уравнены (по 2).

Подстановка: Коэффициент 1 перед каждым веществом. $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$. Проверка: Fe от 0 к +2 (окисляется), Cu от +2 к 0 (восстанавливается).

Ответ: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$ (коэффициенты 1:1:1:1).

Пример 2

Уравняйте: $H_2 + Cl_2 \rightarrow HCl$

Дано: H₂ + Cl₂ → HCl

Формула: H: 0 → +1 (−1e⁻, восстановитель). Cl: 0 → −1 (+1e⁻, окислитель). НОК = 1.

Подстановка: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$. Проверка: H: 0 → +1 (×2), Cl: 0 → −1 (×2). Электроны уравнены.

Ответ: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Важно!

⚠️ Безопасность при горении: ОВР часто экзотермичны и опасны. Горение водорода (гремучий газ) — взрывоопасно. Хлор ядовит. Всегда проводите работы с окислителями и восстановителями в вытяжной шкафу. Никогда не нагревайте перманганат калия в закрытой посуде (возможен взрыв).