30 задание ЕГЭ Химия. Окислительно-восстановительные реакции.

После того как вы успешно повторили тему гидролиза и электролиза нам предстоит изучить обширную и важную тему окислительно-восстановительных реакций. 

В вариантах ЕГЭ напрямую проверяют знания ОВР 21 и 30  задание егэ по химии 2020. Ну и, конечно, никто не застрахован, что в 33 номер по химии в егэ, а также в 8, 9 или даже 6 не будут затронуты Red/Ox. 

Начнем мы с того, что все химические реакции условно делятся на два типа. Первый тип-реакции без изменения степени окисления атомов реагирующих веществ. Это в основном реакции обмена, присоединения и разложения. Второй тип-реакции с изменением степени окисления реагирующих веществ. Как правило это реакции замещения.

В общем понимании окислительно-восстановительная реакция –это единый процесс, состоящий из двух полуреакций: полуреакции окисления и полуреакции восстановления. Эти два процесса идут синхронно.

Окисление –это процесс потери электронов атомом (молекулой, ионом)

Восстановление- процесс присоединения электронов атомом (молекулой, ионом)

Отсюда следует, что окислитель-это вещество, атомы, молекулы или ионы которого присоединяют электроны, а восстановитель-вещество, атомы, молекулы, ионы которого отдают электроны.

Окислитель восстанавливается в процессе восстановления (к примеру ионы меди в степени окисления +2 восстанавливается до свободного металла)

Восстановитель окисляется в процессе окисления (например, молекула свободного металла цинка окисляется до степени окисления +2, будучи восстановителем в реакции). 

Изучая ОВР нужно помнить понятие степени окисления атома.  По сути это формальная величина, подсчитываемая исходя из формулы соединения при условном допущении, что данный атом связан с другими ионной связью. Но это понятие крайне важно при нахождении коэффициентов в уравнениях ОВР при помощи метода окислительных чисел (позже мы рассмотрим этот метод).

Учитывая, что электрон заряжен отрицательно, то при окислении степень окисления изменяется в положительную сторону, в то время как при восстановлении напротив в отрицательную. 

При таком подходе не уточняется  полностью ли осуществлен переход электронов от одного атома к другому либо имеет место только смещение электронных облаков общих электронных пар. Нужно помнить, что в высших степенях окисления элементы образуют соединения с ковалентным типом связи между атомами, при этом заряд на атоме, который условно имеет высшую степень окисления может быть значительно ниже. Но формально мы обобщаем.

Существует несколько типов окислительно-восстановительных реакций. Рассмотрим их более подробно

1. Межмолекулярные Red/Ox –реакции протекающие с изменением степени окисленяи в молекулах различных веществ. К примеру, в реакции присоединения цинка и хлора с образованием хлорида цинка. Этот тип реакций самый распространенный
2. Внутримолекулярные Red/Ox –реакции, протекающие с изменением степени окисления разных атомов в одной молекуле.  При этом атом элемента в более высокой степени окисления окисляет элемент в меньшей степени окисления.
3. Реакция диспропорционирования- реакции протекающие с изменением степени окисления одинаковых атомов в молекуле одного и того же вещества. Такие реакции характерны для соединений в которых элемент находится в промежуточной степени окисления из всех возможных для него. Это означает, что атом этого элемента может быть и окислителем и восстановителем.
4. Реакции конпропорционирования- противоположные по своему механизму реакциям диспропорционирования . В ходе них атомы одного элемента, находящиеся в различных степенях окисления переходят к общей, промежуточной между исходными, степени окисления.

Последних два вида реакций еще объединяют под общим названием реакций самоокисления-самовосстановления.

Типичные окислители и восстановители.

Рассмотрев определения процессов окисления и восстановления, можно сделать вывод,  что в роли окислителей могут выступать абсолютно любые вещества ( простые и сложные). Главное, что они е содержат атомы в низших из возможных степеней окисления и могут понижать ее. 

Также и восстановителями могут быть простые и сложные вещества, а томы которых находятся не в высшей степени окисления и имеют возможность ее повышать в процессе окисления.

Существует ряд постулатов, которые позволяют выявить типичных окислителей и восстановителей.

Типичные окислители:

1. Простые вещества, образуемые атомами с большой электроотрицательностью.  Это элементы главных подгрупп 6 и 7 групп. Типичные неметаллы
2. Вещества, в которых элементы находятся в высших и промежуточных положительных степенях окисления. Это могут быть простые ионы ( катионы меди двухвалентной) или кислородсодержащие оксоанионы ( дихромат-ионы)
3. Перокисды, супероксиды
4. Аноды электролизной ячейки (вспомните статью по электролизу и механизм действия катода/анода)

К основным веществам, применяемых в качестве окислителей в промышленности и лаборатории относятся: кислород, озон, перикись водорода, галогены, пероксиды металлов, перманганаты, хроматы, дихроматы, концентрированная серная кислота, азотная, оксокислоты хлора, диоксид марганца.

Типичные восстановители:

1. Простые вещества, в первую очередь атомы которых имеют низкую электроотрицательность (это типичные металлы, безусловно щелочные и щелочноземельные металлы)
2. Катионы металлов в низшей степени окисления (к примеру катион меди одновалентный)
3. Простые, элементарные анионы.
4. Оксоанионы, соответствующие низшим положительным степеням окисления элемента ( нитриты, сульфиты)
5. Катод электролизной ячейки

В качестве восстановителей в основном применяют все щелочные и щелочноземельные металлы, галогеноводроды (за исключением плавиковой кислоты), простые вещества неметаллы (углерод, водород). Особенно широко применяется в металлургии при восстановлении металлов из руды.  Сульфиты, нитриты, сульфиды. Органические восстановители- щавелевая кислота, формальдегид, глюкоза. 

Как быть если вещество в своем составе имеет элемент в промежуточной степени окисления?  Как предсказать его поведение в ОВР?

Нужно проанализировать его «партнера» по реакции. С достаточно сильным окислителем, наш «неопределившийся» атом будет вести себя как восстановитель. А с восстановителем проявит свои окислительные способности.

Таким образом, характер продуктов Ox/Red зависит от «партнеров» по реакции, их концентрации, характера среды и температурного режима. 

А теперь попробуйте решить несколько несложных задач:

1. Есть два вещества-перманганат калия и нитрит калия. Напишите уравнения реакций взаимодействия этих веществ в различных средах (нейтральная, кислая, щелочная). Как будут вести себя реагенты, какие продукты реакции получаем. Дайте детальный ответ опираясь на теорию, представленную выше.
2. Есть серная концентрированная кислота и три металла-цинк, медь, магний. Напишите уравнения реакций с каждым металлом. Обоснуйте свой ответ.

Такого рода задания помогут вам легко справиться с 30 заданием егэ по химии и успешно сдать экзамен.