Главная » Видеоуроки » Химия » 11 класс » Окислительно-восстановительные реакции. Теория

Окислительно-восстановительные реакции. Теория

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это процессы, в которых происходит передача электронов между молекулами, ионами или атомами с изменением степени окисления. Одно вещество, действующее как окислитель, принимает электроны, а другое вещество, действующее как восстановитель, отдает электроны. Рассмотрим основные понятия окислительно-восстановительных реакций, механизмы их протекания, приведем примеры различных видов ОВР.

Окислители и восстановители

Окислитель (окисляющее вещество) – это вещество, способное принимать электроны от других веществ. В результате окисления окислитель получает электроны и изменяет свою степень окисления в сторону уменьшения. Примеры окислителей: хлор, фтор, кислород, перманганат калия (KMnO4), хлорид железа (FeCl3), бром, серный ангидрид (SO3).

Восстановитель (восстанавливающее вещество) – это вещество, способное отдавать электроны другим веществам. В результате восстановления вещество получает электроны и изменяет свою степень окисления в сторону увеличения. Примеры восстановителей: металлы (например, железо, цинк), металлогидриды (например, LiAlH4), гидрогеназы, молекулярный водород (H2), аммиак (NH3), углеродные соединения (например, ацетилен).

Степень окисления – это число, которое указывает на количество электронов, отданных или принятых атомом в соединении при образовании ионов.

Окисление и восстановление

Окисление – это процесс увеличения степени окисления вещества, при котором вещество отдает электроны. Обычно окисление сопровождается образованием связей с более электроотрицательными элементами или группами, а также сопровождается уменьшением энергии системы.

Пример реакции окисления:

2Mg + O2 → 2MgO (магний окисляется до MgO)

Восстановление – это процесс уменьшения степени окисления вещества, при котором вещество принимает электроны. Обычно восстановление связано с образованием более слабых связей, а также сопровождается увеличением энергии системы.

Пример реакции восстановления:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (железо (III) окисляется до железа, углерод (II) восстанавливается до углерода)

Продукты окисления и продукты восстановления

В окислительно-восстановительных реакциях происходит изменение степени окисления атомов вещества под действием окислителя или восстановителя, что приводит к образованию продуктов окисления и продуктов восстановления.

Продукты окисления – это вещества, образованные в результате окисления другого вещества. Это оксиды металлов, кислородные кислоты, оксиды неметаллов, пероксиды.

Продукты восстановления – это вещества, образованные в результате восстановления другого вещества. Это металлы, металлогидриды, молекулярный водород, аммиак.

Межмолекулярные ОВР

Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции – это реакции между двумя различными молекулами. В межмолекулярные ОВР входят реакции взаимодействия металлов с кислородом, реакции взаимодействия обычных кислот с восстановителями, катодный процесс электролиза.

Примеры межмолекулярных ОВР:

2Na + O2 → 2Na2O (натрий окисляется до оксида)

2H+ + 2e- + Mg → Mg2+ + H2 (магний восстанавливается до металла)

2HCl + Zn → ZnCl2 + H2 (зинк восстанавливается до металла, хлор идет в продукты окисления)

Внутримолекулярные ОВР

Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции – это реакции внутри молекулы. В внутримолекулярные ОВР входят реакции органических соединений, включая восстановление поврежденных белков, реакции взаимодействия аминокислот.

Примеры внутримолекулярных ОВР:

Восстановление глюкозы в организме:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + энергия (глюкоза окисляется до CO2, кислород восстанавливается до воды)

Восстановление цитохром С:

Цитохром С (окисленный) + e- + Н+ → цитохром С (восстановленный) + H2O (цитокром С восстанавливается до молекулы воды)

Реакции самоокисления-самовосстановления

Самоокисление-самовосстановление – это процесс, в результате которого одна и та же молекула или элемент оказывается и окислителем, и восстановителем. При этом происходит передача электронов между различными атомами внутри молекулы.

Примеры реакций самоокисления-самовосстановления:

2Fe2+ → Fe3+ + Fe (железо с образованием ионов оказывается и окислителем, и восстановителем)

СН4 + 4О2 → СО2 + 2H2O (молекула метана оказывается и окислителем, и восстановителем)

Реакции диспропорционирования

Реакции диспропорционирования — это реакции окисления и восстановления одного и того же элемента, при которых он одновременно получает различные степени окисления и образует два продукта с разными степенями окисления. Эти реакции часто происходят только в присутствии катализаторов и/или при определенных условиях, таких как изменение pH или температуры.

Реакции контрпропорционирования

Реакции контрпропорционирования – это реакции, при которых атом или ион одного элемента окисляется, а другой атом или ион того же элемента восстанавливается. В результате образуются два различных продукта, которые содержат этот элемент в разных степенях окисления.

Примеры реакций контрпропорционирования:

2NaNO2 → NaNO3 + NaNO (азот в подсолине контрпропорционируется)

2CuNO3 + 2HNO3 + 3H2SO4 → CuSO4 + 2NO2 + 4H2O + 3SO2 (азот в нитрате меди контрпропорционируется)