Что такое окислительно-восстановительные реакции
В окислительно-восстановительной реакции (ОВР) у каких-то элементов меняется степень окисления. Это происходит потому, что одни атомы отдают электроны, а другие их принимают.
- Восстановитель отдаёт электроны. Его степень окисления растёт, а сам он при этом окисляется.
- Окислитель принимает электроны. Его степень окисления уменьшается, он восстанавливается.
Отдача и приём электронов идут одновременно, поэтому окисление без восстановления не бывает. Сколько электронов отдал восстановитель, столько же принял окислитель. На этом равенстве построен электронный баланс. Откуда берутся электроны и как они устроены на атомах, объясняет тема строение атома.
Как определить степени окисления
Степень окисления считают по нескольким правилам:
- в простых веществах (Cl₂, Zn, O₂, S) она равна 0;
- у водорода обычно +1, у кислорода обычно −2;
- у металлов I группы +1, II группы +2, у алюминия +3;
- сумма степеней окисления в молекуле равна 0.
Найдём степень окисления хлора в HClO₃. Водород даёт +1, три атома кислорода дают 3 × (−2) = −6. Обозначим хлор за x: +1 + x − 6 = 0, значит x = +5. Так же в Fe₂O₃ железо имеет +3 (2x − 6 = 0), а в N₂O₅ азот имеет +5 (2x − 10 = 0).
Исключения тоже встречаются. В пероксиде водорода H₂O₂ у кислорода −1, а в гидридах (например, NaH) у водорода −1.
Как выбрать окислительно-восстановительную реакцию из предложенных
В заданиях «укажите окислительно-восстановительные реакции» или «выберите окислительно-восстановительную реакцию» нужно найти реакцию, где меняются степени окисления. Для этого есть быстрые признаки:
- если в реакции участвует простое вещество (было или стало), она почти наверняка ОВР. Все реакции замещения относятся к ОВР;
- реакции обмена (кислота с основанием, соль с солью) обычно не ОВР, потому что степени окисления в них не меняются;
- реакции соединения и разложения бывают и такими, и такими. Например, 2H₂O → 2H₂ + O₂ это ОВР, а CaCO₃ → CaO + CO₂ нет.
Если сомневаешься, расставь степени окисления над всеми элементами и сравни левую часть с правой. О типах реакций подробнее в теме химические реакции.
Электронный баланс: разбор уравнения по шагам
Возьмём схему: Mg + H₂SO₄(конц.) → MgSO₄ + H₂S + H₂O.
Шаг 1. Расставляем степени окисления и находим те, что изменились. Магний: 0 → +2. Сера: +6 → −2. У водорода и кислорода степени окисления не меняются.
Шаг 2. Записываем полуреакции:
Mg⁰ − 2ē → Mg⁺² (восстановитель, окисляется)
S⁺⁶ + 8ē → S⁻² (окислитель, восстанавливается)
Шаг 3. Уравниваем число электронов. Наименьшее общее кратное для 2 и 8 равно 8. Магния нужно 8 ÷ 2 = 4, серы 8 ÷ 8 = 1.
Шаг 4. Ставим найденные коэффициенты: 4 перед Mg и MgSO₄, 1 перед H₂S. Остальные коэффициенты подбираем. Сера есть в 4 молекулах соли и в одной H₂S, значит, кислоты нужно 5. Водорода слева 10, в H₂S уходит 2, остальные 8 дают 4H₂O.
Шаг 5. Проверяем кислород: слева 5 × 4 = 20, справа 4 × 4 + 4 = 20. Сходится.
Ответ: 4Mg + 5H₂SO₄ = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O. Восстановитель Mg, окислитель H₂SO₄ (за счёт серы в степени +6). Свойства металлов и кислот разбираются в темах металлы и неметаллы.
Где ошибаются чаще всего
- Путают окислитель и восстановитель. Запомни по степени окисления: если она выросла, элемент восстановитель, если упала, окислитель. Окислителем называют и само вещество, например H₂SO₄ в разборе выше.
- Забывают про диспропорционирование. В реакциях вроде Cl₂ + NaOH → NaClO₃ + NaCl + H₂O или K₂MnO₄ + H₂O → MnO₂ + KMnO₄ + KOH один и тот же элемент и повышает, и понижает степень окисления. Он же и окислитель, и восстановитель, а в балансе у него две полуреакции.
- Не учитывают, что кислота тратится ещё и на соль. В реакции Zn + HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + N₂O + H₂O только часть азота меняет степень окисления, остальной уходит в нитрат. Сначала расставь коэффициенты по балансу, потом добавляй недостающие молекулы кислоты.
- Неверно считают степень окисления. Сначала проверь формулу вещества. Например, в задании встречается «CaNO₃», но нитрат кальция записывается как Ca(NO₃)₂. С этой формулой азот получает +5.
Какие задания присылают по этой теме
Ученики 9 класса чаще всего присылают расстановку коэффициентов методом электронного баланса, определение степеней окисления и вопросы про окислитель и восстановитель. Встречаются и задания на свойства азотной кислоты, и задачи с историей, например про потемнение старых картин и пероксид водорода.
Найди в списке выше задание, похожее на твоё: там есть полный ход решения с полуреакциями. Если похожего нет, сфотографируй своё условие, и получишь решение с пояснениями по шагам.