Хімія. 9 клас. Березан

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 17. Процеси окиснення і відновлення. Окисники і відновники

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

з'ясуєте, які два процеси відбуваються в кожній окисно-відновній реакції;
навчитеся розрізняти процеси окиснення і відновлення, відновники й окисники, речовини, які окиснюються і відновлюються.

Окиснення і відновлення

З'ясуймо, чому реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, назвали окисно-відновними. Зміна ступеня окиснення елемента зумовлена переходом електронів від атома одного елемента до атома іншого. Розгляньмо реакцію кальцію з киснем:

Атом Кальцію віддає два електрони й перетворюється на катіон Са²⁺:

Сa⁰ - 2e^- → Сa²⁺

Процес віддачі електронів атомом, молекулою чи йоном називають окисненням.

Втрачені атомом Кальцію електрони переходять до молекули кисню О₂. Кожен атом Оксигену, що входить до складу молекули кисню, може приєднати лише два електрони. При цьому він перетворюється на аніон О^2-:

0⁰ + 2е^- → О^2-

Оскільки молекула кисню містить два атоми Оксигену, то більш правильним буде запис: O⁰₂ + 4е^-→ 2О^2-

Лев Володимирович Писаржевський

(1874-1938)

Видатний хімік, академік AH СРСР і УРСР Уперше розробив теорію окисно-відновних реакцій (1914), поклавши в її основу припущення про перехід електронів від одних частинок до інших. Створив електронну теорію каталізу. Був професором Київського політехнічного інституту, з 1927 року — директор Українського інституту фізичної хімії. Нині цей інститут названо його іменем. Популяризатор науки, перший редактор (разом з В. О. Вагнером) журналу «Природа».

Розгляньмо інший приклад. Під час окисно-відновної реакції гідроген сульфід H₂S перетворюється на іншу сполуку — сульфур(ІV) оксид SO₂:

2H₂S + 3О₂ = 2SO₂ + 2Н₂О

Визначимо ступені окиснення Сульфуру в обох речовинах:

У гідроген сульфіді атом Сульфуру має найнижчий ступінь окиснення -2 і змінює його до +4 в SO₂. При цьому він втрачає 6е^-. Отже, процес окиснення можна записати так:

Розгляньмо іншу реакцію — окиснення сульфур(IV) оксиду киснем з утворенням сульфур(VІ) оксиду. Її можна записати рівнянням:

У цій реакції атом Сульфуру віддає 2 електрони:

а два атоми Оксигену у складі молекули кисню приєднують 4 електрони:

Приєднання електронів молекулою кисню — це процес відновлення.

Процес приєднання електронів атомом, молекулою чи йоном називають відновленням.

Наведемо кілька інших прикладів процесів відновлення.

Під час однієї з реакцій, у якій бере участь нітратна кислота, утворюється нітроген(ІІ) оксид:

Атом Нітрогену, приєднавши 3е^-, змінює ступінь окиснення від +5 (найвищого) до +2:

У реакції, що описана рівнянням

атом Сульфуру, приєднавши 8е^-, змінює ступінь окиснення з +6 на -2:

Процес окиснення завжди супроводжує процес відновлення.

Під час окисно-відновної реакції атоми одних елементів втрачають певну кількість електронів, а інші атоми натомість повинні приєднати ту ж кількість електронів.

Окисники й відновники

У кожній окисно-відновній реакції є речовини, які називають окисником і відновником.

Відновник — це частинка (молекула, атом чи йон), що віддає електрони.

Відновник втрачає електрони й окиснюється, ступінь окиснення елемента підвищується. Так, у реакції окиснення карбон(ІІ) оксиду (чадного газу), що описана рівнянням:

елементом-відновником є атом Карбону у складі карбон(ІІ) оксиду. Тому можна стверджувати, що карбон(ІІ) оксид у цій реакції є речовиною-відновником.

У реакції, що описана рівнянням:

відновником є нітроген(ІV) оксид NO₂, бо атом Нітрогену, який входить до його складу, підвищує ступінь окиснення від +4 до +5:

Відновниками можуть бути складні й прості речовини — метали і неметали: цинк, алюміній, сірка, фосфор, водень. Наприклад, у реакції, що описана рівнянням:

тобто відновником є алюміній:

Окисник — це частинка (молекула, атом чи йон), що приєднує електрони.

При цьому окисник приєднує електрони й відновлюється, а ступінь окиснення елемента знижується. Сильним окисником є, наприклад, нітратна кислота. Під час взаємодії фосфору з розбавленою нітратною кислотою утворюється нітроген(ІІ) оксид:

Атом Нітрогену змінює ступінь окиснення від +5 (найвищого для нього) до +2:

Інший приклад — реакція заліза з ферум(ІІІ) хлоридом:

Окисником є ферум(ІІІ) хлорид, бо атом Феруму, що входить до складу солі, приєднує один електрон і знижує ступінь окиснення:

Знаючи ступінь окиснення елемента в речовині, можна передбачити його окисно-відновні властивості:

якщо в речовині є елемент, який виявляє найвищий ступінь окиснення, то речовина може бути лише окисником;
якщо в речовині є елемент, який виявляє найнижчий ступінь окиснення, то речовина може бути лише відновником.

Розгляньте речовини (і йони), які виявляють відновні та окисні властивості:

Схема 17.1. Найважливіші відновники та окисники

Є низка речовин, які містять елементи з проміжними ступенями окиснення і можуть виявляти властивості як окисника, так і відновника. Наприклад, у натрій сульфіті Na₂SO₃ Сульфур має ступінь окиснення +4, у калій хлораті КСlО₃ Хлор має ступінь окиснення +5, у гідроген пероксиді Н₂О₂ Оксиген має ступінь окиснення -1.

Ці ступені окиснення елементів називають проміжними. Так, зважаючи на будову атомів Сульфуру і Хлору та їхнє розміщення в періодичній системі, можна стверджувати, що:

а) найнижчий ступінь окиснення Сульфуру дорівнює -2, а найвищий — +6; отже ступінь окиснення +4 є проміжним;

б) найнижчий ступінь окиснення Хлору дорівнює -1, а найвищий — +7; отже ступінь окиснення +5 також є проміжним.

У реакції термічного розкладання натрій сульфіту Na₂SO₃ Сульфур є і окисником, і відновником одночасно:

Підсумки

1. Процес віддачі електронів атомом, молекулою чи йоном називають окисненням.
2. Процес приєднання електронів атомом, молекулою чи йоном називають відновленням.
3. Відновник — це частинка, що віддає електрони.
4. Окисник — це частинка, що приєднує електрони.
5. У кожній окисно-відновній реакції одночасно відбуваються два процеси: окиснення і відновлення.

Контрольні запитання

1. Як називають процес віддачі електронів?
2. Як називають процес приєднання електронів?
3. Як змінюється ступінь окиснення елемента, що виявляє відновні властивості?
4. Як змінюється ступінь окиснення елемента, якщо він є окисником?
5. Як називають частинки, що: а) віддають; б) приєднують електрони?
6. Як можна передбачити за хімічною формулою речовини, виявляє вона окисні чи відновні властивості?
7. Назвіть найважливіші окисники і відновники та наведіть їх формули.
8. Чи правильно стверджувати, що калій нітрит KNO₂ в окисно-відновних реакціях є лише окисником?

Вправи та задачі

1. Упишіть кількість електронів, що приєднують або втрачають частинки у схемах процесів окиснення і відновлення елементів:

2. Укажіть речовину-окисник та речовину-відновник у схемах реакцій:

a) Fe + Cl₂→ FeCl₃;
б) NO + O₂→NO₂;
в) FeCl₃+ KI → FeCl₂ + I₂ + KCl;
г) Al + H₂SO₄→Al₂(SO₄)₃ + H₂↑;
г) P + KClO₃→ P₂O₅ + KCl;
д) C + H₂SO₄→ СО₂↑ + SO₂↑ + H₂O.

3. Які з наведених речовин — Mg₃P₂, K₂CrO₄, SO₂, KI, СаН₂, Cu, Н₂О₂, HNO₃, FeS — можуть виявляти:

а) лише окисні властивості;
б) лише відновні властивості?

4. Завершіть схеми, укажіть, які з них є процесами окиснення, а які — відновлення:

5. Які з йонів — Al³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Cu⁺, Se^2-, SO^2-₃, NO^-₃, NO^-₂, S^2- — можуть виявляти: а) лише окисні властивості; б) лише відновні властивості; в) і окисні, і відновні властивості? Відповідь поясніть.

6*. У солі КЕО₄ масова частка Оксигену становить 40,51 %.

1) Назвіть елемент Е, укажіть його протонне число.
2) Поясніть, чому вказана сіль може бути лише окисником.

7*. Елемент Е утворює вищий оксид Е₂О₅. Масова частка Гідрогену в леткій сполуці елемента Е з Гідрогеном становить 0,1765. Назвіть елемент Е. Укажіть, які — окисні чи відновні — властивості він виявляє і чому.

8. Напишіть рівняння реакції розкладу гідроген пероксиду та доведіть, що в цій реакції він є і відновником, і окисником.