Окислители - Окислительно-восстановительные процессы

1) Окислители - простые вещества. Окислительные свойства характерны для простых веществ, нейтральные атомы которых способны путем присоединения электронов переходить в отрицательно зараженные ионы с электронной структурой ближайшего благородного газа. То есть, это типичные неметаллы, их атомы обладают максимальными значениями относительной электроотрицательности.

Так, молекулы Галогенов F2, Cl2, Br2 и I2, выступая в роли окислителей, превращаются в отрицательно заряженные ионы FЇ, ClЇ, BrЇ и IЇ, причем от фтора F2 К йоду I2 окислительная способность уменьшается:

    2F2 + 2H2O = 4HF + O2; 5Cl2 + Br2 + 6H2O = 10HCl + 2HBrO3;

I2 + H2S = 2HI +S.

Если окисление галогенами происходит в кислой среде, то продуктами восстановления являются соответствующие галогеноводородные кислоты HF, HCl, HBr или HI. Если процесс протекает в щелочной среде, то получаются соли этих кислот - галогениды.

Кислород, сера и ее аналоги переходят в степень окисления (- 2) и, в зависимости от реакции среды, кислород входит в состав Н 2О или ОНЇ. А сера при повышенной температуре ведет себя как окислитель по отношению к водороду и металлам: продуктами ее восстановления являются сероводород и сульфиды металлов. К сильнейшим окислителям относится Озон.

    4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; 4FeSO4 + O2 + 2Н 2О = 4Fe(OH)SO4;

Zn + S = ZnS.

2) Окислители - высшие оксиды, кислородсодержащие кислоты и их соли. В состав таких окислителей обычно входят атомы элементов в высшей или одной из наиболее высоких степеней окисления, например KМnO4, Mn2O7, K2Cr2O7, CrO3, HNO3 любой концентрации, H2SO4 концентрированная, нитраты, кислородсодержащие кислоты галогенов HClO3, HBrO3, HClO и их соли. Также к сильным кислородсодержащим окислителям относятся оксиды марганца (+4) и свинца (+4).

Перманганат калия Проявляет окислительные свойства за счет марганца (+7) и восстанавливается до различных продуктов в зависимости от кислотности среды. В кислой среде - до Mn2+ (степень окисления марганца +2), в нейтральной и слабощелочной среде - до MnO2 (степень окисления марганца +4), в сильнощелочной - до манганат-иона MnO42- (степень окисления марганца +6):

    5K2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O; 3K2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 3K2SO4 +2MnO2 + 2KOH;

K2SO3 + 2KMnO4 + 2KOH = K2SO4 +2K2MnO4.

Хромат и бихромат калия, Действуя в качестве окислителей, в кислой среде восстанавливаются до трехзарядного катиона Cr3+, который в зависимости от прибавляемой кислоты образует соответствующие соли CrCl3, Cr(NO3)3 или Cr2(SO4)3. В щелочной среде могут получаться Cr(OH)3 или [Cr(OH)6]3-.

K2Cr2O7 + 3H2S + 4 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O;

2K2CrO4 + 3K2S + 8H2O = 2K3 [Cr(OH)6]+3S + 4KOH.

Оксиды свинца (+4) PbO2 и марганца (+4) MnO2 также являются сильными окислителями в кислой среде:

MnO2 + 4 HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O;

5 PbO2 + 2Mn(NO3)2 + 6HNO3(разб.) = 5Pb(NO3)2 + 2HMnO4 + 2H2O.

Азотная кислота Проявляет окислительные свойства за счет азота в степени окисления (+5), причем окислительная способность усиливается по мере увеличения концентрации кислоты. В концентрированном виде азотная кислота окисляет большинство неметаллов до их высшей степени окисления. Состав продуктов восстановления самой азотной кислоты зависит активности восстановителя и концентрации кислоты: чем активнее восстановитель и чем Более разбавлена кислота, тем глубже протекает процесс восстановления атомов азота (+5):

Концентрация кислоты уменьшается слева направо:

NO2 NO N2O N2 NH4+.,

Активность восстановителя возрастает слева направо.

Чаще всего при восстановлении азотной кислоты получается смесь различных продуктов. Считается, что при взаимодействии концентрированной азотной кислоты с неметаллами или с малоактивными металлами образуется преимущественно диоксид азота. При действии более разбавленной азотной кислоты на малоактивные металлы может получаться оксид азота (+2), а в случае активных металлов образуются оксид азота (+1) или свободный азот. Сильно разбавленная азотная кислота при взаимодействии с активными металлами может восстанавливаться даже до иона аммония.

P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O;

Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O;

    3Cu + 8HNO3 (35 %) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O; 4Zn + 10HNO3 (разб.) = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O; 5Zn + 12HNO3 (разб.) = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O; 4Mg + 10HNO3(очень разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.

Нитрат-ион проявляет окислительные свойства также и в щелочной среде, причем в растворах он восстанавливается до NH3, а в расплавах до соответствующих нитритов:

    4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O = 4Na2 [Zn(OH)4]+ NH3; 3KNO3 + 2KOH +Fe = K2FeO4 +3KNO2 + H2O.

Концентрированная серная кислота Проявляет окислительные свойства за счет атома серы в степени окисления (+6), который может восстанавливаться в зависимости от условий до SO2 (степень окисления серы +4), до свободной серы (степень окисления 0) или до сероводорода H2S (степень окисления - 2). Состав продуктов восстановления определяется активностью восстановителя, соотношением количеств восстановителя и серной кислоты, температурой процесса и концентрацией серной кислоты. Чем активнее восстановитель, тем глубже протекает восстановление. Например, малоактивные металлы (медь, серебро и др.), бромоводород, некоторые неметаллы восстанавливают концентрированную серную кислоту до SO2. Активные металлы (магний, цинк и т. п.) - до свободной серы или сероводорода. Иногда одновременно образуются все три продукта в различных соотношениях.

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O;

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O;

C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

    3Mg + 4H2SO4 = 3MgSO4 + S + 4H2O; 4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4 + H2S + 4H2O.

Кислородсодержащие кислоты галогенов (например, HClO3, HBrO3, HClO) и их соли, Выступая в качестве окислителей, чаще всего восстанавливаются до хлорид - или бромид-иона (степень окисления галогена равна - 1) в случае хлора и брома или до свободного йода (степень окисления равна 0).

6FeSO4 + KClO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + KCl + 3H2O;

NaClO + 2HCl = Cl2 + NaCl + H2O;

HIO3 + 5HI = 3I2 + 3H2O.

3) Окислитель - ион водорода Н+. Соединения, содержащие положительно заряженный ион Водорода Н+, точнее, ион Гидроксония Н 3О+ (вода, растворы "кислот-неокислителей", растворы щелочей), восстанавливаются до свободного водорода.

Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2;

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;

Be + 2NaOH (конц.) + 2H2O = Na2 [Be(OH)4]+ H2.

    4) Окислители - ионы металлов в их высших степенях окисления. Ионы металлов в высоких степенях окисления (не всегда высших, например, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Hg2+ и т. д.) выступая в роли окислителей, переходят чаще всего в ионы с более низкой степенью окисления. 2FeCl3 + 3H2S = 2FeS+ S + 6HCl; 2HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2 + SnCl4;

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.

Похожие статьи




Окислители - Окислительно-восстановительные процессы

Предыдущая | Следующая