Tác nhân oxy hóa là các hạt (nguyên tử, phân tử hoặc ion) chấp nhận điện tử trong một phản ứng hóa học. Trong trường hợp này, trạng thái oxy hóa của tác nhân oxy hóa đi xuống. Tác nhân oxy hóa đang được khôi phục.
Người phục hồi là các hạt (nguyên tử, phân tử hoặc ion) tặng electron trong một phản ứng hóa học. Trong trường hợp này, trạng thái oxy hóa của chất khử mọc. Bộ giảm tốc trong trường hợp này oxy hóa.
Hóa chất có thể được chia thành chất oxy hóa điển hình, chất khử điển hình và các chất có thể biểu hiện vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử. Một số chất hầu như không có hoạt tính oxi hóa khử.
ĐẾN chất oxy hóa điển hình bao gồm:
- chất đơn giản-phi kim loại có đặc tính oxy hóa mạnh nhất (flo F 2, oxy O 2, clo Cl 2);
- ionkim loại hoặc phi kim loại Với trạng thái oxy hóa dương cao (thường cao hơn) : axit (HN +5 O 3, HCl +7 O 4), muối (KN +5 O 3, KMn +7 O 4), oxit (S +6 O 3, Cr +6 O 3)
- hợp chất chứa một số cation kim loạiđang có trạng thái oxy hóa cao: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+, v.v.
Chất khử điển hình - đây là, như một quy luật:
- chất đơn giản - kim loại(khả năng khử của kim loại được xác định bằng một số hoạt động điện hóa);
- chất phức tạp có chứa nguyên tử hoặc ion của phi kim có trạng thái oxy hóa âm (thường là thấp nhất): hợp chất hydro nhị phân (H 2 S, HBr), muối axit không có oxy(K 2 S, NaI);
- một số hợp chất chứa cation với lượng tối thiểu mức độ tích cực Quá trình oxy hóa(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), là chất nhường electron, có thể làm tăng trạng thái oxy hóa của chúng;
- các hợp chất chứa các ion phức tạp bao gồm phi kim có trạng thái oxy hóa dương trung gian(S +4 O 3) 2–, (НР +3 O 3) 2–, trong đó các nguyên tố có thể, bằng cách cho electron, tăng trạng thái oxy hóa tích cực của nó.
Hầu hết các chất khác có thể biểu hiện vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
Các chất oxy hóa và khử điển hình được đưa ra trong bảng.
TRONG thực hành thí nghiệm được sử dụng phổ biến nhất là sau đây tác nhân oxy hóa :
thuốc tím (KMnO 4);
kali dicromat (K 2 Cr 2 O 7);
axit nitric (HNO 3);
tập trung axit sulfuric(H2SO4);
hydro peroxide (H 2 O 2);
oxit mangan (IV) và chì (IV) (MnO 2, PbO 2);
kali nitrat nóng chảy (KNO 3) và nóng chảy của một số nitrat khác.
ĐẾN công nhân phục hồi , áp dụng V. thực hành thí nghiệm liên quan:
- magie (Mg), nhôm (Al), kẽm (Zn) và các kim loại hoạt động khác;
- hydro (H 2) và cacbon (C);
- kali iodua (KI);
- natri sunfua (Na 2 S) và hydro sunfua (H 2 S);
- natri sulfit (Na 2 SO 3);
- thiếc clorua (SnCl2).
Phân loại phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng oxi hóa khử thường được chia thành bốn loại: phản ứng liên phân tử, phản ứng nội phân tử, phản ứng không cân xứng (tự oxy hóa-tự khử) và phản ứng không cân xứng.
Phản ứng liên phân tử xảy ra khi có sự thay đổi trạng thái oxy hóa các yếu tố khác nhau từ thuốc thử khác nhau. Trong trường hợp này, các sản phẩm oxy hóa và khử khác nhau .
2Al 0 + Fe +3 2 O 3 → Al +3 2 O 3 + 2Fe 0,
C 0 + 4HN +5 O 3 (conc) = C +4 O 2 + 4N +4 O 2 + 2H 2 O.
Phản ứng nội phân tử - đây là những phản ứng trong đó các yếu tố khác nhau từ một thuốc thửđi đến các sản phẩm khác nhau, ví dụ:
(N -3 H 4) 2 Cr +6 2 O 7 → N 2 0 + Cr +3 2 O 3 + 4 H 2 O,
2 NaN +5 O -2 3 → 2 NaN +3 O 2 + O 0 2 .
Phản ứng không cân xứng (tự oxi hóa - tự hồi phục) là những phản ứng trong đó chất oxi hóa và chất khử cùng một nguyên tố của cùng một thuốc thử, sau đó biến thành sản phẩm khác nhau:
3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H 2 O,
Tỷ lệ cân đối (sự cân đối, sự mất cân đối ) là những phản ứng trong đó chất oxi hóa và chất khử là cùng một phần tử, Cái nào trong số thuốc thử khác nhauđi vào một sản phẩm. Phản ứng trái ngược với sự không cân xứng.
2H 2 S -2 + S +4 O 2 = 3S + 2H 2 O
Quy tắc cơ bản để thực hiện các phản ứng oxi hóa khử
Phản ứng oxi hóa khử đi kèm với quá trình oxy hóa và khử:
Quá trình oxy hóa là quá trình nhường electron của chất khử.
Sự hồi phục là quá trình nhận electron bởi chất oxi hóa.
chất oxy hóa đang được khôi phục, và chất khử oxy hóa .
Trong các phản ứng oxi hóa khử người ta quan sát thấy cân điện tử: Số electron mà chất khử nhường bằng số electron mà chất oxi hóa nhận. Nếu bảng cân đối kế toán được lập không chính xác, bạn sẽ không thể tạo các OVR phức tạp.
Một số phương pháp tạo phản ứng oxi hóa khử (ORR) được sử dụng: phương pháp cân điện tử, phương pháp cân bằng electron-ion (phương pháp bán phản ứng) và các phương pháp khác.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn phương pháp cân bằng điện tử .
Khá dễ dàng để “xác định” ORR - chỉ cần sắp xếp các trạng thái oxy hóa trong tất cả các hợp chất và xác định rằng các nguyên tử thay đổi trạng thái oxy hóa là đủ:
K + 2 S -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0
Chúng ta viết riêng các nguyên tử của các nguyên tố làm thay đổi trạng thái oxi hóa, ở trạng thái TRƯỚC phản ứng và SAU phản ứng.
Trạng thái oxy hóa được thay đổi bởi các nguyên tử mangan và lưu huỳnh:
S -2 -2e = S 0
Mn +7 + 1e = Mn +6
Mangan hấp thụ 1 electron, lưu huỳnh nhường 2 electron. Trong trường hợp này cần phải tuân thủ cân điện tử. Vì vậy, cần phải tăng gấp đôi số nguyên tử mangan và giữ nguyên số nguyên tử lưu huỳnh. Chúng tôi chỉ ra hệ số cân bằng cả trước thuốc thử và trước sản phẩm!
Sơ đồ biên soạn phương trình OVR bằng phương pháp cân điện tử:
Chú ý! Có thể có một số chất oxy hóa hoặc chất khử trong một phản ứng. Số dư phải được lập sao cho Tổng số các electron được cho và nhận là như nhau.
Mô hình chung của phản ứng oxi hóa khử
Sản phẩm của phản ứng oxi hóa khử thường phụ thuộc vào điều kiện cho quá trình. Hãy xem xét Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình phản ứng oxi hóa khử.
Yếu tố quyết định rõ ràng nhất là môi trường dung dịch phản ứng - . Thông thường (nhưng không nhất thiết), chất xác định môi trường được liệt kê trong số các thuốc thử. Có thể có các tùy chọn sau:
- hoạt động oxy hóa được tăng cường trong môi trường axit hơn và chất oxy hóa bị khử sâu hơn(ví dụ, thuốc tím, KMnO 4, trong đó Mn +7 trong môi trường axit bị khử thành Mn +2 và trong môi trường kiềm - thành Mn +6);
- hoạt động oxy hóa tăng cường hơn nữa môi trường kiềm , và chất oxy hóa bị khử sâu hơn (ví dụ: kali nitrat KNO 3, trong đó N +5, khi tương tác với chất khử trong môi trường kiềm, bị khử thành N -3);
- hoặc tác nhân oxy hóa thực tế không chịu sự thay đổi của môi trường.
Môi trường phản ứng giúp xác định được thành phần và hình thức tồn tại của các sản phẩm OVR còn lại. Nguyên tắc cơ bản là các sản phẩm được tạo thành không tương tác với thuốc thử!
Ghi chú! E Nếu môi trường dung dịch có tính axit thì bazơ không thể có mặt trong các sản phẩm phản ứng và oxit cơ bản, bởi vì chúng phản ứng với axit. Và ngược lại, trong môi trường kiềm sự hình thành axit bị loại trừ và oxit axit. Đây là một trong những sai lầm phổ biến nhất và nghiêm trọng nhất.
Hướng của dòng OVR cũng bị ảnh hưởng bởi bản chất của các chất phản ứng. Ví dụ, khi tương tác axit nitric HNO 3 với chất khử có một quy luật - hoạt tính của chất khử càng lớn thì lượng nitơ N +5 bị khử càng nhiều.
Khi tăng nhiệt độ Hầu hết ODD có xu hướng dữ dội hơn và sâu sắc hơn.
TRONG phản ứng không đồng nhất Thành phần của sản phẩm thường bị ảnh hưởng mức độ mài chất rắn . Ví dụ, kẽm dạng bột với axit nitric tạo thành một số sản phẩm, trong khi kẽm dạng hạt tạo thành những sản phẩm hoàn toàn khác. Làm sao nhiều bằng cấp hơn nghiền thuốc thử thì hoạt tính của nó càng lớn, thường xuyên.
Chúng ta hãy xem xét các tác nhân oxy hóa trong phòng thí nghiệm điển hình nhất.
Sơ đồ cơ bản của phản ứng oxi hóa khử
Sơ đồ thu hồi Permanganat
Permanganat có chứa chất oxy hóa mạnh - manganở trạng thái oxy hóa +7. Muối mangan +7 tạo màu cho dung dịch màu tím màu sắc.
Thuốc tím, tùy thuộc vào môi trường của dung dịch phản ứng, bị khử theo những cách khác nhau.
TRONG môi trường axit quá trình phục hồi diễn ra sâu sắc hơn, để Mn 2+. Oxit mangan ở trạng thái oxy hóa +2 thể hiện các tính chất cơ bản, do đó trong môi trường axit muối được hình thành. Muối mangan +2 không màu. TRONG dung dịch trung hòa mangan bị giảm sang trạng thái oxy hóa +4 , với giáo dục oxit lưỡng tính MnO 2 — màu nâu kết tủa không tan trong axit và kiềm. TRONG có tính kiềm môi trường, mangan được phục hồi ở mức tối thiểu - đến mức gần nhất trạng thái oxy hóa +6 . Các hợp chất mangan +6 thể hiện tính chất axit và tạo thành muối trong môi trường kiềm - mangan. Mangan truyền vào dung dịch màu xanh lá cây .
Hãy xem xét sự tương tác của thuốc tím KMnO 4 với kali sunfua trong môi trường axit, trung tính và kiềm. Trong các phản ứng này, sản phẩm oxy hóa của ion sunfua là S0.
5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,
3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O = 2 MnO 2 ↓ + 3 S↓ + 8 KOH,
Một sai lầm phổ biến trong phản ứng này là chỉ ra sự tương tác giữa lưu huỳnh và kiềm trong sản phẩm phản ứng. Tuy nhiên, lưu huỳnh tương tác với kiềm trong điều kiện khá khắc nghiệt (nhiệt độ cao), không tương ứng với điều kiện của phản ứng này. Tại điều kiện bình thường Sẽ đúng nếu chỉ ra lưu huỳnh phân tử và kiềm riêng biệt chứ không phải là sản phẩm của sự tương tác giữa chúng.
K 2 S + 2 KMnO 4 –(KOH)= 2 K 2 MnO 4 + S↓
Khó khăn cũng nảy sinh khi soạn phản ứng này. Vấn đề là ở chỗ trong trường hợp này không cần thiết phải viết một phân tử môi trường (KOH hoặc chất kiềm khác) vào thuốc thử để cân bằng phản ứng. Chất kiềm tham gia phản ứng và xác định sản phẩm khử kali permanganat, nhưng thuốc thử và sản phẩm được cân bằng mà không có sự tham gia của nó. Điều tưởng chừng như nghịch lý này có thể được giải quyết dễ dàng nếu chúng ta nhớ rằng phản ứng hóa học- đây chỉ là một bản ghi có điều kiện không cho biết từng quy trình đang diễn ra mà chỉ đơn giản là hiển thị tổng của tất cả các quy trình. Làm thế nào để tự xác định điều này? Nếu bạn làm theo sơ đồ cổ điển - cân bằng - hệ số cân bằng - cân bằng kim loại, thì bạn sẽ thấy rằng các kim loại được cân bằng bởi các hệ số cân bằng và sự có mặt của kiềm ở vế trái của phương trình phản ứng sẽ là không cần thiết.
Thuốc tím oxy hóa:
- phi kim với trạng thái oxy hóa âm đến các chất đơn giản (với trạng thái oxy hóa 0), ngoại lệ — phốt pho, asen - lên tới +5 ;
- phi kim với trạng thái oxy hóa trung gian trước nhiệt độ cao nhất Quá trình oxy hóa;
- kim loại hoạt động ổn định tích cực mức độ oxy hóa của kim loại.
KMnO 4 + neMe (d.o. thấp nhất) = neMe 0 + sản phẩm khác
KMnO 4 + neMe (d.o. trung bình) = neMe (d.o. cao hơn) + sản phẩm khác
KMnO 4 + Me 0 = Me (s.o. ổn định) + sản phẩm khác
KMnO 4 + P -3 , As -3 = P +5 , As +5 + các sản phẩm khác
Sơ đồ thu hồi cromat/bicromat
Điểm đặc biệt của crom có hóa trị VI là nó tạo thành 2 loại muối trong dung dịch nước: cromat và dicromat, tùy thuộc vào môi trường dung dịch. Cromat kim loại hoạt tính (ví dụ K 2 CrO 4) là muối ổn định trong có tính kiềm môi trường. Dicromat (bicromat) của kim loại hoạt động (ví dụ: K 2 Cr 2 O 7) - muối, ổn định trong môi trường axit .
Các hợp chất crom(VI) bị khử thành hợp chất crom(III) . Hợp chất crom Cr+3 là chất lưỡng tính và tùy thuộc vào môi trường dung dịch mà chúng tồn tại trong dung dịch ở nhiều mẫu khác nhau: trong môi trường axit ở dạng muối(hợp chất lưỡng tính tạo thành muối khi tác dụng với axit), trong môi trường trung tính- không hòa tan hydroxit lưỡng tính crom (III) Cr(OH) 3 , và trong môi trường kiềm các hợp chất crom (III) tạo thành muối phức tạp, Ví dụ, kali hexahydroxocromat (III) K 3 .
Hợp chất crom VI oxy hóa:
- phi kim V. mức độ tiêu cực Quá trình oxy hóa đến các chất đơn giản (với trạng thái oxy hóa 0), ngoại lệ — phốt pho, asen – lên tới +5;
- phi kimở trạng thái oxy hóa trung gian đến mức độ oxy hóa cao nhất;
- kim loại hoạt động từ các chất đơn giản (giai đoạn oxy hóa 0) đến các hợp chất có ổn định tích cực mức độ oxy hóa của kim loại.
Cromat/bicromat + NeMe (d.o. âm) = NeMe 0 + sản phẩm khác
Cromat/bicromat + neMe (d.o. dương trung bình) = neMe (d.o. cao hơn) + các sản phẩm khác
Cromat/bicromat + Me 0 = Me (d.o. ổn định) + sản phẩm khác
Cromat/bicromat + P, As (d.o. âm) = P, As +5 + sản phẩm khác
Phân hủy nitrat
Muối nitrat chứa nitơ ở trạng thái oxy hóa +5 - mạnh chất oxy hóa. Nitơ như vậy có thể oxy hóa oxy (O -2). Điều này xảy ra khi nitrat được đun nóng. Trong hầu hết các trường hợp, oxy bị oxy hóa đến trạng thái oxy hóa 0, tức là trước phân tử ôxy O2 .
Tùy thuộc vào loại kim loại tạo thành muối, sự phân hủy nhiệt (nhiệt độ) của nitrat tạo ra sản phẩm khác nhau: Nếu như kim loại hoạt động(trong chuỗi hoạt động điện hóa có đến magiê), sau đó nitơ bị khử đến trạng thái oxy hóa +3 và trong quá trình phân hủy muối nitrit và oxy phân tử được hình thành .
Ví dụ:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2 .
Kim loại hoạt động tồn tại trong tự nhiên ở dạng muối (KCl, NaCl).
Nếu kim loại nằm trong chuỗi hoạt động điện hóa bên phải magie và bên trái đồng (bao gồm magie và đồng) , sau đó khi phân hủy nó được hình thành oxit kim loạiở trạng thái oxy hóa ổn định, oxit nitric (IV)(khí nâu) và ôxy. Oxit kim loại cũng hình thành trong quá trình phân hủy liti nitrat .
Ví dụ, phân hủy kẽm nitrat:
2Zn(NO 3) 2 → 2ZnО + 4NO 2 + O 2 .
Kim loại có hoạt tính trung gian thường được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng oxit (Fe 2 O 3, Al 2 O 3, v.v.).
Ion kim loại, nằm trong chuỗi hoạt động điện hóa bên phải đồng là những chất oxi hóa mạnh. Tại phân hủy nitrat chúng, giống như N +5, tham gia vào quá trình oxy hóa oxy và bị khử thành các chất đơn giản, tức là. kim loại được hình thành và khí được giải phóng - oxit nitric (IV) và oxy .
Ví dụ, phân hủy bạc nitrat:
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2.
Kim loại không hoạt động xảy ra trong tự nhiên dưới dạng các chất đơn giản.
Một số ngoại lệ!
Sự phân hủy amoni nitrat :
Phân tử amoni nitrat chứa cả chất oxy hóa và chất khử: nitơ ở trạng thái oxy hóa -3 chỉ thể hiện tính chất khử, trong khi nitơ ở trạng thái oxy hóa +5 chỉ thể hiện tính chất oxy hóa.
Khi đun nóng, amoni nitrat phân hủy. Ở nhiệt độ lên tới 270 o C, nó tạo thành oxit nitric (I)(“khí cười”) và nước:
NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O
Đây là một ví dụ về phản ứng sự mất cân đối .
Trạng thái oxy hóa thu được của nitơ là giá trị trung bình số học của trạng thái oxy hóa của các nguyên tử nitơ trong phân tử ban đầu.
Với nhiều hơn nữa nhiệt độ cao Oxit nitric (I) phân hủy thành các chất đơn giản - nitơ Và ôxy:
2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O
Tại sự phân hủy amoni nitrit NH4NO2 hiện tượng mất cân đối cũng xảy ra.
Trạng thái oxy hóa thu được của nitơ cũng bằng trung bình số học về trạng thái oxy hóa của các nguyên tử nitơ ban đầu - chất oxy hóa N +3 và chất khử N -3
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
Phân hủy nhiệt mangan(II) nitrat kèm theo quá trình oxy hóa kim loại:
Mn(NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2
Sắt(II) nitrat Tại nhiệt độ thấp phân hủy thành sắt (II) oxit, khi đun nóng sắt bị oxy hóa đến trạng thái oxy hóa +3:
2Fe(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 ở 60°C
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 ở >60°C
Niken(II) nitrat
phân hủy thành nitrit khi đun nóng.
Tính chất oxy hóa của axit nitric
Axit nitric HNO 3 khi tác dụng với kim loại thực tế là không bao giờ tạo ra hydro , không giống như hầu hết các axit khoáng.
Điều này là do axit có chứa một chất oxy hóa rất mạnh - nitơ ở trạng thái oxy hóa +5. Khi tương tác với chất khử - kim loại sẽ tạo thành nhiều sản phẩm khử nitơ khác nhau.
Axit nitric + kim loại = muối kim loại + sản phẩm khử nitơ + H 2 O
Axit nitric khi khử có thể chuyển thành nitơ oxit (IV) NO 2 (N +4); oxit nitric (II) NO (N +2); oxit nitric (I) N 2 O (“khí cười”); nitơ phân tử N 2; amoni nitrat NH 4 NO 3. Theo quy định, một hỗn hợp các sản phẩm được hình thành với ưu thế là một trong số chúng. Nitơ bị khử về trạng thái oxy hóa từ +4 đến −3. Độ sâu phục hồi phụ thuộc chủ yếu về bản chất là chất khử Và về nồng độ axit nitric . Quy tắc hoạt động: Nồng độ axit càng thấp và hoạt tính của kim loại càng cao thì nitơ càng nhận được nhiều electron và càng hình thành nhiều sản phẩm khử.
Một số quy luật sẽ cho phép bạn xác định chính xác sản phẩm chính của quá trình khử axit nitric bằng kim loại trong phản ứng:
- khi hành động axit nitric rất loãng TRÊN kim loại thường được hình thành amoni nitrat NH 4 SỐ 3;
Ví dụ, phản ứng của kẽm với axit nitric rất loãng:
4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
- axit nitric đậm đặc trong cơn giá lạnh thụ động một số kim loại - crom Cr, nhôm Al và sắt Fe . Khi dung dịch được đun nóng hoặc pha loãng, phản ứng xảy ra;
thụ động kim loại - đây là sự chuyển bề mặt kim loại sang trạng thái không hoạt động do sự hình thành trên bề mặt kim loại các lớp mỏng hợp chất trơ, trong trường hợp này chủ yếu là các oxit kim loại không phản ứng với axit nitric đậm đặc
- Axit nitric không phản ứng với kim loại thuộc nhóm bạch kim — vàngÂu, bạch kim Pt và paladi Pd;
- khi tương tác axit đậm đặc không có kim loại hoạt động Và kim loại hoạt động trung bình nitơ axit bị khử thành oxit nitric (IV) SỐ 2 ;
Ví dụ, oxy hóa đồng bằng axit nitric đậm đặc:
Cu+ 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
- khi tương tác axit nitric đậm đặc với kim loại hoạt động được hình thành Oxit nitric (I)N2O ;
Ví dụ, Quá trình oxy hóa natri tập trung axit nitric:
Na+ 10HNO 3 = 8NaNO 3 + N 2 O + 5H 2 O
- khi tương tác pha loãng axit nitric với kim loại không hoạt động (trong chuỗi hoạt động bên phải của hydro) axit bị khử thành oxit nitric (II) KHÔNG ;
- khi tương tác pha loãng axit nitric với kim loại có hoạt tính trung bình được hình thành hoặc oxit nitric (II) NO, hoặc oxit nitric N 2 O, hoặc nitơ phân tử N 2 - tùy thuộc vào yếu tố bổ sung(hoạt tính kim loại, độ mài kim loại, độ pha loãng axit, nhiệt độ).
- khi tương tác pha loãng axit nitric với kim loại hoạt động được hình thành nitơ phân tử N 2 .
Để xác định gần đúng sản phẩm khử của axit nitric khi tương tác với các kim loại khác nhau, tôi đề xuất sử dụng nguyên lý con lắc. Các yếu tố chính làm thay đổi vị trí của con lắc là: nồng độ axit và hoạt tính kim loại. Để đơn giản hóa, chúng tôi sử dụng 3 loại nồng độ axit: đậm đặc (trên 30%), loãng (30% trở xuống), rất loãng (dưới 5%). Chúng tôi chia kim loại theo hoạt động thành hoạt động (trước nhôm), hoạt động trung bình (từ nhôm đến hydro) và không hoạt động (sau hydro). Chúng tôi sắp xếp các sản phẩm khử của axit nitric theo thứ tự trạng thái oxy hóa giảm dần:
NO2; KHÔNG; N2O; N2; NH4NO3
Kim loại càng hoạt động thì chúng ta càng di chuyển sang phải. Nồng độ càng cao hoặc mức độ ít hơnđộ loãng của axit càng dịch chuyển về bên trái.
Ví dụ , tương tác axit đậm đặc và đồng kim loại không hoạt động Cu. Do đó, chúng ta chuyển sang vị trí ngoài cùng bên trái, nitơ oxit (IV), đồng nitrat và nước được hình thành.
Phản ứng của kim loại với axit sunfuric
Axit sulfuric loãng tương tác với kim loại như bình thường axit khoáng. Những thứ kia. tương tác với các kim loại nằm trong dãy điện thế điện hóa đến hydro. Tác nhân oxy hóa ở đây là các ion H+ bị khử thành phân tử hydro H2. Trong trường hợp này, kim loại bị oxy hóa, theo quy luật, để tối thiểu mức độ oxy hóa.
Ví dụ:
Fe + H 2 SO 4 (dil) = FeSO 4 + H 2
tương tác với kim loại ở vùng điện áp cả trước và sau hydro.
H 2 SO 4 (conc) + kim loại = muối kim loại + sản phẩm khử lưu huỳnh (SO 2, S, H 2 S) + nước
Khi axit sunfuric đậm đặc tương tác với kim loại, muối kim loại (ở trạng thái oxy hóa ổn định), nước và sản phẩm khử lưu huỳnh được hình thành - lưu huỳnh dioxit S +4 O 2, lưu huỳnh phân tử S hoặc hydro sunfua H 2 S -2, tùy thuộc vào mức độ tập trung, hoạt động của kim loại, mức độ nghiền, nhiệt độ, v.v. Khi axit sunfuric đậm đặc phản ứng với kim loại hydro phân tử không được hình thành!
Nguyên tắc cơ bản về tương tác của axit sunfuric đậm đặc với kim loại:
1. Axit sulfuric đậm đặc thụ động nhôm, crom, sắt Tại nhiệt độ phòng, hoặc trong cái lạnh;
2. Axit sulfuric đậm đặc không tương tác Với vàng, bạch kim và palladium ;
3. VỚI kim loại không hoạt động axit sunfuric đậm đặcđược khôi phục lại lưu huỳnh(IV) oxit.
Ví dụ, đồng bị oxy hóa bởi axit sunfuric đậm đặc:
Cu 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) = Cu +2 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O
4. Khi tương tác với kim loại hoạt động và kẽm dạng axit sulfuric đậm đặclưu huỳnh S hoặc hydro sunfua H 2 S 2- (tùy thuộc vào nhiệt độ, mức độ nghiền và hoạt tính của kim loại).
Ví dụ , tương tác của axit sulfuric đậm đặc với kẽm:
8Na 0 + 5H 2 S +6 O 4 (conc) → 4Na 2 + SO 4 + H 2 S — 2 + 4H 2 O
Hydro peroxit
Hydrogen peroxide H 2 O 2 chứa oxy ở trạng thái oxy hóa -1. Oxy như vậy có thể làm tăng và giảm trạng thái oxy hóa. Vì vậy, hydrogen peroxide thể hiện vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
Khi tương tác với chất khử, hydro peroxide thể hiện tính chất của chất oxy hóa và bị khử về trạng thái oxy hóa -2. Thông thường, sản phẩm khử hydro peroxide là nước hoặc ion hydroxit, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng. Ví dụ:
S +4 O 2 + H 2 O 2 -1 → H 2 S +6 O 4 -2
Khi tương tác với các tác nhân oxy hóa, peroxide bị oxy hóa thành oxy phân tử (trạng thái oxy hóa 0): O 2 . Ví dụ :
2KMn +7 O 4 + 5H 2 O 2 -1 + 3H 2 SO 4 → 5O 2 0 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
Phản ứng oxy hóa-khử (ORR) là những phản ứng kèm theo sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tố do sự dịch chuyển hoặc chuyển hoàn toàn các electron từ nguyên tử hoặc ion này sang nguyên tử hoặc ion khác. Oxy hóa - quá trình nhường electron bởi nguyên tử, phân tử hoặc ion; sự hồi phục- quá trình thêm electron vào nguyên tử, phân tử hoặc ion. Quá trình oxy hóa và khử là các quá trình liên quan đến nhau xảy ra đồng thời. Tác nhân oxy hóa có thể là nguyên tử và phân tử của một số phi kim loại; các ion và phân tử phức tạp chứa nguyên tử của các nguyên tố ở trạng thái oxy hóa cao nhất hoặc một trong các trạng thái oxy hóa cao hơn MnO 4 -, NO 3 -, SO 4 2-, Cr 2 O 7 2-, ClO 3 -, PbO 2, v.v.; các ion kim loại tích điện dương (Fe 3+, Au 3+, Ag +, Sn 4+, Hg 2+, v.v.). Các chất khử điển hình là hầu hết các kim loại và một số phi kim (C, H 2, v.v.) ở trạng thái tự do; các ion phi kim loại tích điện âm (S 2-, I -, v.v.), các cation có trạng thái oxy hóa có thể tăng lên (Sn 2+, Fe 2+, Cu +, v.v.). Nếu một chất chứa một nguyên tố ở trạng thái oxy hóa trung gian thì tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, nó có thể vừa là chất oxy hóa vừa là chất khử. Ví dụ, kali nitrit khi có mặt chất oxy hóa mạnh thể hiện tính chất khử, oxy hóa thành nitrat
3KNO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3KNO 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
Ngược lại, khi tác dụng với chất khử, nó thể hiện tính chất oxi hóa
2KNO 2 + 2KI + 2H 2 SO 4 = 2NO + I 2 + 2K 2 SO 4 + 2H 2 O
Lưỡng tính oxi hóa khử này cũng là đặc trưng của H 2 O 2, H 2 SO 3 (và muối của nó), v.v.
Vẽ các phương trình OVR.
Phương pháp cân bằng điện tử dựa trên sự so sánh trạng thái oxy hóa của các nguyên tử trong chất ban đầu và chất cuối cùng. Nó dựa trên quy luật rằng số electron mà chất khử cho phải bằng số electron mà chất oxy hóa thêm vào.
Chúng ta hãy xem xét phương pháp này về phản ứng của hydro sunfua với thuốc tím trong môi trường axit.
H 2 S + KMnO 4 + H 2 SO 4 = S + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Sau đó, chúng tôi xác định sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tử
H 2 S -2 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = S 0 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Điều này chứng tỏ trạng thái oxi hóa của lưu huỳnh và mangan thay đổi
S -2 – 2 e = S 5
Mn +7 + 5 e = Mn +2 2
Chúng tôi tìm các hệ số cho chất oxy hóa và chất khử, sau đó cho các chất phản ứng khác. Từ phương trình điện tử rõ ràng ta cần lấy 5 phân tử H 2 S và 2 phân tử KMnO 4 thì ta được 5 nguyên tử S và 2 phân tử MnSO 4. Ngoài ra, từ việc so sánh các nguyên tử ở bên trái và bên phải của phương trình, chúng ta thấy rằng 1 phân tử K 2 SO 4 và 8 phân tử nước cũng được hình thành.
Phương trình phản ứng cuối cùng sẽ là:
5H 2 S + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5S + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
Tính đúng đắn của phương trình được kiểm tra bằng cách đếm số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở vế trái và phải của phương trình.
Công việc phòng thí nghiệm. Phản ứng oxi hóa khử Thí nghiệm 1. Tính chất oxi hóa của kMnO4 trong các môi trường khác nhau.
Nhỏ 3 giọt dung dịch KMnO 4 vào 3 bình nón. Sau đó thêm 2 giọt dung dịch 2N vào dung dịch đầu tiên. H 2 SO 4, ở giọt thứ hai - 2 giọt nước cất, ở giọt thứ ba - 2 giọt dung dịch NaOH, sau đó thêm từng giọt dung dịch Na 2 SO 3 vào từng ống nghiệm cho đến khi dung dịch chuyển màu. KMnO 4 hoạt động như thế nào trong môi trường axit, trung tính và kiềm?
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 O MnO 2 + Na 2 SO 4 + KOH
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + NaOH Na 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Kinh nghiệm 2. tính chất oxy hóa kali dicromat .
Đổ 3-4 giọt dung dịch K 2 Cr 2 O 7 vào hai ống nghiệm, thêm 3-4 giọt 2 N vào một ống nghiệm. Dung dịch H 2 SO 4, vào dung dịch khác - 3-4 giọt 2 N. dung dịch kiềm. Chú ý sự thay đổi màu của dung dịch ở ống nghiệm thứ hai. Thêm natri sunfite vào tất cả các ống nghiệm. Hãy giải thích các hiện tượng quan sát được.
K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + Na 2 SO 3 Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Xác định trạng thái oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
Thí nghiệm 3. Khử kali dicromat .
Đổ 5-6 giọt dung dịch kali dicromat vào ống nghiệm, thêm 2-3 giọt axit sunfuric và thêm vài tinh thể kali sunfua. Lắc lượng chứa trong ống nghiệm. Quan sát sự thay đổi màu sắc.
Thí nghiệm 4. Tính oxi hóa khử của hợp chất sắt ( III )
Đổ 4-5 giọt dung dịch KMnO 4 và 1-2 giọt H 2 SO 4 vào ống nghiệm, thêm từng giọt dung dịch sắt (II) sunfat cho đến khi dung dịch mất màu.
Đổ 4-5 giọt dung dịch sắt clorua và 1-2 giọt dung dịch kali iodua vào ống nghiệm. Chú ý sự thay đổi màu của dung dịch. Cho 1-2 giọt dung dịch thu được vào ống nghiệm có 7-8 giọt tinh bột. Xác định mức độ oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
FeCl3 +KI FeCl2 +KCl+I 2
Thí nghiệm 5. Quá trình tự oxy hóa và tự phục hồi (không cân xứng) của natri sulfite.
Cho 2-3 tinh thể Na 2 SO 3 vào hai ống nghiệm hình trụ. Để lại một ống nghiệm làm đối chứng. Cố định cái thứ hai vào giá ba chân và đun nóng trong 5-6 phút. Để nguội ống nghiệm. Thêm 2-3 ml nước cất vào cả hai ống nghiệm và dùng đũa thủy tinh khuấy đều cho đến khi muối trong ống nghiệm tan hết. Cho vào mỗi ống nghiệm 2-3 ml dung dịch CuSO 4. Chú ý màu sắc của cặn trong ống nghiệm. Làm thế nào để giải thích sự khác biệt về màu sắc? Kết tủa màu đen thu được ở ống nghiệm thứ hai là đồng sunfua. Sản phẩm nào của quá trình nung natri sunfit với đồng sunfat đã tạo ra kết tủa này? Viết phương trình phản ứng phân hủy natri sulfite, biết rằng sản phẩm thứ hai của quá trình nung là natri sulfite.
Na 2 SO 3 + H 2 O + CuSO 4 H 2 SO 4 + Cu 2 O + NaOH
Xác định mức độ oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
Thí nghiệm 6. Tính chất oxy hóa của hydro peroxit .
Cho 3-4 giọt 2NH 2 SO 4 vào ống nghiệm có 5-6 giọt dung dịch KI rồi thêm từng giọt dung dịch H 2 O 2 cho đến khi xuất hiện màu vàng. Để phát hiện iốt trong dung dịch, thêm vài giọt cloroform hoặc benzen vào ống nghiệm. Viết phương trình phản ứng.
KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 I 2 + H 2 O + K 2 SO 4
Xác định mức độ oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
Kinh nghiệm 7. Đặc tính phục hồi hydro peroxit.
Thêm 3-4 giọt 2N H 2 SO 4 và 5-6 giọt hydro peroxit vào ống nghiệm có 5-6 giọt KMnO 4 rồi đun nóng. Chuyện gì đang xảy ra vậy? Viết phương trình phản ứng, biết rằng hydro peroxit bị oxy hóa thành oxy.
KMnO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 MnSO 4 + O 2 + K 2 SO 4 + H 2 O
Xác định mức độ oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
Thí nghiệm 8. Oxi hóa đồng bằng axit nitric.
Cho một đoạn dây đồng vào ống nghiệm rồi thêm 5-6 giọt dung dịch HNO3 0,2N. Lưu ý sự thoát ra của khí, sự hòa tan của đồng và sự thay đổi màu của dung dịch. Viết phương trình điện tử của phản ứng, chỉ ra chất oxi hóa và chất khử. Xác định mức độ oxy hóa của tất cả các nguyên tố, sắp xếp các hệ số trong phương trình phản ứng.
Cu + HNO 3 Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O
Câu hỏi kiểm soát
1. Phản ứng nào sau đây là phản ứng oxi hóa khử:
a) Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 b) Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2
c) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 2K 2 CrO 4 + H 2 O
2. Xác định chất oxi hóa, chất khử và chọn hệ số trong các phản ứng oxy hóa – khử sau:
a) Na 2 SO 3 + I 2 + H 2 O = Na 2 SO 4 + HI b) S + HNO 3 = H 2 SO 4 + NO
3. Kim loại có trạng thái oxi hóa +2 trong các hợp chất: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn
4. Kim loại có trạng thái oxi hóa +3 trong các hợp chất: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn
5. Kim loại có trạng thái oxy hóa +1: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn, Na, Ca, Ag
Trạng thái oxy hóa (S.O.) là điện tích có điều kiện của một nguyên tử trong hợp chất, được tính dựa trên đề xuất rằng liên kết hóa học hoàn toàn là ion. Trạng thái oxy hóa có thể có giá trị âm, dương và bằng 0, được biểu thị bằng chữ số Ả Rập có dấu “+” hoặc “-” và đặt phía trên ký hiệu nguyên tố, ví dụ: Cl 2 0, K + 2 O -2, H + N +5 O -2
Không độ quá trình oxy hóa có các nguyên tử trung tính (ví dụ Mg, H 2, O 2). Đối với một số phần tử S.O. nguyên tử trong hợp chất là không đổi. Bao gồm các:
Yếu tố S.O.
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, H (trừ hiđrua) +1
Be, Mg, Ca, Sr, Ba +2
Halogen ở dạng galit (MeHx –1) và hydro ở dạng hydrua (MeHx) -1
O (trừ peroxit) -2
Sử dụng thông tin này, bạn có thể tính toán S.O. nguyên tử khác trong hợp chất, có tính đến điều đó TỔNG ĐẠI SỐ ĐỘ OXIT HÓA CỦA TẤT CẢ CÁC NGUYÊN TỬ TRONG HỢP CHẤT LUÔN BẰNG 0, VÀ TRONG MỘT PHỨC ION – VỚI SẠC TÍN CỦA ION.
Ví dụ, trong các hợp chất FeO, NaFeO 2, K 2 FeO 4 C.O. nguyên tử sắt sẽ lần lượt là +2, +3, +6 vì VÌ THẾ. nguyên tử oxy là -2, natri và kali - +1, và tổng đại số VÌ THẾ. của tất cả các nguyên tử bằng không:
Fe +2 O -2 Na + Fe +3 O 2 -2 K 2 + Fe +6 O 4 -2
2 +(-2)=0 +1+3+2(-2)=0 +1·2+6+4(-2)=0.
hóa trịđược định nghĩa là một số liên kết hóa học, được tạo thành bởi một nguyên tử nhất định trong hợp chất.
Trong những trường hợp đơn giản nhất, hóa trị của nguyên tử của một nguyên tố được xác định bởi số lượng electron chưa ghép cặp trong đó tạo thành các cặp electron chung. Ví dụ: Trong các hợp chất HC1, CH 4, H 2 S, hóa trị là: C1 - I, C - IV, S - II, vì sự giao tiếp trong phân tử được thực hiện nhờ một, bốn và hai cặp electron ở nguyên tử tương ứng (một cặp electron ở Biểu diễn đồ họađược biểu thị bằng dấu gạch ngang).
H―Cl, H―S―H, N
BÀI TẬP 2. Xác định trạng thái oxi hóa của nguyên tử của nguyên tố được gạch chân trong các phân tử hoặc ion đã cho:
K Mn O4, H N O2, PÔ 4 3-, Cr 2 Ô 3 . TRONG ví dụ cuối cùngĐồng thời xác định hóa trị của nguyên tố được gạch chân (cho biết số liên kết hóa học được hình thành bởi một nguyên tử nhất định của nguyên tố đó trong hợp chất).
TRẢ LỜI:Để xác định S.O. các nguyên tố được gạch chân trong các ví dụ đã cho KMnO 4, HNO 2, Cr 2 O 3, chúng ta ký hiệu là S.O. tất cả các nguyên tử khác trong hợp chất và bằng cách tính tổng đại số của chúng, chúng ta tìm thấy S.O. phần tử được gạch chân có giá trị bằng và ngược dấu với tổng đại số S.O. tất cả các nguyên tử khác.
Trong K +1 MnO 4 -2 tổng đại số S.O. bằng -7, do đó S.O. mangan là +7; trong H +1 NO 2 -2, lập luận tương tự, S.O. nitơ là +3; trong Cr 2 O 3 -2 S.O. crom là +3.
Trong ion PO 4 3- cần xác định CO. phốt pho. Tổng tất cả các trạng thái oxy hóa của các nguyên tử trong ion phải bằng điện tích của ion đó. Sau đó, biểu thị S.O. photpho qua x và nhân trạng thái oxy hóa của oxy (-2) với số nguyên tử của nó, ta lập được phương trình
x + (-2) 4 = -3, do đó x = +5.
Trong phân tử Cr 2 O 3, crom có hóa trị ba, tức là số liên kết hóa học được tạo thành bởi crom là 3:
Trong cái đã cho công thức đồ họa cặp electron liên kết cộng hóa trịđược biểu thị bằng dấu gạch ngang.
NHIỆM VỤ 2(để tự chủ) Xác định S.O. phần tử được gạch chân trong các ví dụ sau:
a) K 2 MnO 4, CrO 2 -, SnCl 4; b) HVO 3, CrO 4 2-, CuI 2;
c) Na 2 CO 3, PO 3 3-, Fe 2 (SO 4) 3; d) K 2 Cr 2 O 7, NO 3 -, NH 4 OH;
đ) NH 4 NO 3, CO 3 2-, SnCl 4; đ) KNO 2, SO 4 2-, FeCO 3;
g) NiSO 4, AlO 2 -, Fe(OH) 3; h) K 2 SO 3, SnO 3 2-, CaF 2;
i) MnO 2, SnO 2 2-, Fe 2 O 3.
Trong mỗi ví dụ cuối cùng của bài tập, hãy xác định hóa trị của nguyên tố được gạch chân (cho biết số lượng liên kết hóa học được hình thành bởi một nguyên tử nhất định của nguyên tố đó trong hợp chất).