Типы окислительно-восстановительных реакций

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции, при которых изменяются степени окисления атомов элементов, входящих в состав разных веществ. Реакции, рассмотренные в примерах 3-5, относятся к этому типу.

2. Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, при которых степень окисления изменяют атомы разных элементов одного и того же вещества. По такому механизму протекают реакции термического разложения соединений. Например, в реакции

+5 -2 +4 0

Pb(NO₃)₂ ® PbO + NO₂ + O₂

изменяет степень окисления азот (N⁺⁵ ® N⁺⁴) и атом кислорода (О^-2 ® О₂⁰), находящиеся внутри молекулы Pb(NO₃)₂.

восстановитель 2 2N⁺⁵ ® 2N⁺⁴, Dw = –2 процесс восстановления,

окислитель 1 2O^–2 ® O₂⁰, Dw = +4 процесс окисления.

Составляем уравнение реакции: 2Pb(NO₃)₂ = 2PbO + 4NO₂ + O₂

3. Реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования, дисмутации). В этом случае степень окисления одного и того же элемента и повышается, и понижается. Реакции диспропорционирования характерны для соединений или элементов веществ, соответствующих одной из промежуточных степеней окисления элемента.

Пример 6. Используя метод баланса, уравнять реакцию:

K₂MnO₄ + H₂O ® KMnO₄ + MnO₂ + KOH.

Решение Определим степени окисления участвующих в окислительно-восстановительном процессе элементов до и после реакции:

+6 +7 +4

K₂MnO₄ + H₂O ® KMnO₄ + MnO₂ + KOH.

Из сравнения степеней окисления следует, что марганец одновременно участвует в процессе окисления, повышая степень окисления с +6 до +7, и в процессе восстановления, понижая степень окисления с +6 до +4.

2 Mn⁺⁶ ® Mn⁺⁷; Dw = 7-6 = +1 (процесс окисления, восстановитель),

1 Mn⁺⁶ ® Mn⁺⁴; Dw = 4-6 = -2 (процесс восстановления, окислитель).

Поскольку в данной реакции окислителем и восстановителем выступает одно и то же вещество (K₂MnO₄), коэффициенты перед ним суммируются. Записываем уравнение:

3K₂MnO₄ + 2H₂O = 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.

В этом случае K₂MnO₄ является одновременно и окислителем, и восстановителем.

4. Внутримолекулярные реакции окисления-восстановления, в которых происходит выравнивание степеней окисления атомов одного и того же элемента (то есть обратные ранее рассмотренным), являются процессами контрдиспропорционирования (коммутации), например

_{-3 + 3 0}

NH₄NO₂ ® N₂ + 2H₂O.

1 2N^-3 - 6ē ® N₂⁰ (процесс окисления, восстановитель),

1 2N⁺³ + 6ē ® N₂⁰ (процесс восстановления, окислитель).

Наиболее сложными являются окислительно-восстановительные реакции, в которых окислению или восстановлению подвергаются одновременно атомы или ионы не одного, а двух или нескольких элементов.

Пример 7. Используя вышеизложенные положения, уравнять реакцию:

+3 -2 +5 +5 +6 +2

As₂S₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NO.

3 2As⁺³ - 4ē ® 2As⁺⁵ 28

3S^-2 - 24 ® 3S⁺⁶ (процесс окисления),

28 N⁺⁵ + 3 ® N⁺² (процесс восстановления).

Суммируем левые и правые части с учетом полученных коэффициентов и записываем уравнение:

3As₂S₃ + 28HNO₃ + 4H₂O = 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + 28NO.