Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, в процессе которых происходит изменение степени окисления одного или нескольких элементов. При этом происходит переход электронов от одной или более частиц (атома, молекулы или иона) к другой частице (атому, молекуле или иону).

Процесс отдачи и присоединения электронов описывается уравнениями полуреакций (окисление и восстановление), которые могут быть использованы для составления электронного или электронно-ионного баланса. 

Например, для реакции:

Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH → 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O

Электронно-ионный баланс:

Fe2O3 + 10OH– – 6ē → 2FeO42– + 5H2O (окисление)

NO3- + H2O + 2ē → NO2– + 2OH– (восстановление)

Fe2O3 — восстановитель, KNO3 — окислитель

ОВР могут протекать между разными веществами, простыми и сложными, между представителями различных классов соединений:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 2P + 5CO ↑

3Cu2S + 22HNO3(конц) → 6Cu(NO3)2 + 3H2SO4 + 10NO ↑ + 8H2O

Типичными восстановителями являются атомы металлов. В промышленных процессах важную роль играют вещества-восстановители: уголь (С), угарный газ (СО), водород (Н₂). Восстановительными свойствами обладают ионы металлов, в которых они проявляют низкую степень окисления (Fe²⁺, Cu⁺), а также йодиды (I^-), сульфиды (S^2-).  

Типичными окислителями, которые используются на практике, являются кислород, азотная и серная кислоты, перманганат, дихромат и хромат калия. Таким образом, среди окислителей можно выделить ионы, содержащие металлы (Cr+6, Mn+7 и др.) и неметаллы (S+6, N+5, Cl+5 и т. д.) в высокой степени окисления.

Fe2(SO4)3 + Cu → CuSO4 + 2FeSO4

Химические элементы в промежуточной степени окисления могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства: N⁺³ в нитритах, О^-1 в пероксиде водорода и др.

Во многих ОВР продукты реакции определяются типом среды (кислая, нейтральная или щелочная), в которой осуществляется процесс. Такой эффект наиболее характерен для перманганатов и дихроматов (хроматов):

Многие ОВР сопровождаются видимыми признаками: изменением цвета раствора, выпадением осадка, выделением газообразных веществ и т.д. В результате ОВР может изменяться среда раствора (кислая, щелочная, нейтральная), что можно определить с использованием индикаторов.

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 ↑
Нейтральная среда → Щелочная среда

MnO2 + 4HBr → MnBr2 + Br2 + 2H2O
Сильно кислая среда → Слабо кислая среда

В данной лабораторной работе вам будет предложено на практике изучить протекание некоторых ОВР с участием перманганата калия.

Глоссарий

Степень окисления — условный заряд атома в соединении, который определяется из предположения, что все связи в соединении являются ионными.

Окислительно-восстановительные реакции — реакции, протекающие с переносом электронов, в процессе которых происходит изменение степеней окисления одного или нескольких химических элементов.

Восстановитель — вещество или ион, элемент(ы) которого в процессе окислительно-восстановительной реакции отдает(ют) электроны и повышает(ют) степень окисления.

Окислитель — вещество или ион, элемент(ы) которого в процессе окислительно-восстановительной реакции принимает(ют) электроны и понижает(ют) степень окисления.

Окисление — процесс отдачи электронов атомом или молекулой.

Восстановление — процесс присоединения электронов атомом или молекулой.

Индикатор — вещество, которое изменяет свой цвет в зависимости от типа среды (кислая, нейтральная, щелочная).