Вспомните:
• как определить возможные степени окисления элементов (§ 14);
• металлические элементы находятся преимущественно в нижней левой части Периодической системы, а неметаллические — в верхней правой.
Элементы:
• в высшей степени окисления — только окислители;
• в низшей — только восстановители;
• в промежуточной — и окислители, и восстановители.
Окислители и восстановители
Атомы химических элементов в высшей степени окисления могут быть только окислителями, поскольку они могут только принимать электроны.
Элементы в низшей степени окисления могут быть только восстановителями, поскольку они могут только отдавать электроны. Если элемент находится в промежуточной степени окисления, то он может как принимать, так и отдавать электроны, следовательно, может проявлять свойства как восстановителя, так и окислителя. Характерные степени окисления некоторых элементов и соответствующие им соединения приведены в Приложении 2.
Например, рассмотрим Сульфур и характерные для него соединения с разной степенью окисления этого элемента. В гидроген сульфиде степень окисления Сульфура низшая и равна -2, внешний энергетический уровень Сульфура завершенный, и он может только отдавать электроны. Таким образом, Сульфур со степенью окисления -2 может быть только восстановителем:
Высшая степень окисления Сульфура равна +6, которую он проявляет, например, в сульфатной кислоте. Концентрированная сульфатная кислота может окислять много веществ, и окислительные свойства в этих случаях проявляет именно Сульфур, который в степени окисления +6 отдал все электроны с внешнего энергетического
уровня и теперь может только их присоединять, т. е. быть только окислителем:
В промежуточных степенях окисления — 0 (в сере) и +4 (например, в SO2) — атом Сульфура может как присоединять, так и отдавать электроны, проявляя как окислительные, так и восстановительные свойства. Он может восстанавливаться или окисляться до различных степеней окисления, что проиллюстрировано на схеме:
Например, при взаимодействии серы с водородом Сульфур проявляет окислительные свойства, а при взаимодействии с кислородом — восстановительные:
Таким образом, химический элемент в зависимости от степени окисления, которую он проявляет в том или ином соединении, может быть как окислителем, так и восстановителем. Для определения возможности вступать в те или иные реакции необходимо сравнить степень окисления элемента в данном соединении со степенями окисления, которые может проявлять элемент, основываясь на строении его электронной оболочки.
Распространенные вещества-окислители
Окислительные свойства наиболее выражены у типичных неметаллов (галогены, кислород, сера), а также у некоторых сложных веществ, содержащих элементы в высоких степенях окисления (+5 ... +7).
Кислород 02 — самый распространенный на Земле окислитель. Он способен окислять многие простые и сложные вещества, образуя оксиды. Эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты. При этом сам кислород восстанавливается до низшей степени окисления:
Самый сильный окислитель среди простых веществ — фтор F2. При обычных условиях он реагирует с большинством веществ, а при нагревании окисляет и благородные металлы — золото и платину. В атмосфере фтора горит даже вода. Фтор не может быть восстановителем, т. к. Флуор не имеет положительной степени окисления.
Концентрированная сульфатная кислота H2S04 — сильный окислитель благодаря Сульфуру. Чаще всего в реакциях он восстанавливается до степени окисления +4, образуя сульфур(1У) оксид S02. Разбавленная сульфатная кислота — слабый окислитель, поскольку в этом случае окислителем является ион Гидрогена Н+.
Нитратная кислота HN03 — сильный окислитель благодаря Нитрогену. В реакциях он восстанавливается до разных степеней окисления от +4 до -3. Смесь концентрированных нитратной и хлоридной кислот («царская вода») реагирует даже с золотом и платиной:
Калий перманганат KMnO4 — один из важнейших реагентов в химических лабораториях. Он проявляет сильные окислительные свойства благодаря Мангану. Его используют как окислитель в органическом синтезе, химическом анализе, для получения кислорода в лабораториях. Применяют в медицине как антисептическое средство.
Калий дихромат K2Cr2O7 — ценный окислитель, который используют для производства красителей, дубления кожи, в пиротехнике, живописи. Его смесь с концентрированной сульфатной кислотой (хромпик) используют для мытья стеклянной лабораторной посуды, чтобы избавиться от незаметных пятен.
Гидроген пероксид H2O2 — распространенный в химических лабораториях реагент. В нем Оксиген проявляет степень окисления -1, которая является для него промежуточной, следовательно, гидроген пероксид можно использовать и как окислитель, и как восстановитель.
Распространенные вещества — восстановители
Восстановительные свойства характерны для многих простых веществ (металлы и некоторые неметаллы (водород, углерод)), а также для соединений неметаллических элементов в низших степенях окисления
Самым распространенным восстановителем в промышленности является углерод, а именно кокс, который добывают специальной обработкой угля. Кокс используют для восстановления металлов из оксидов:
Водород H2 — распространенный восстановитель. Его также используют для восстановления металлов:
Из-за огнеопасности водород не так распространен в промышленности, как кокс, но в реакциях с водородом получают металлы значительно высшего качества (чистые).
Металлы — типичные восстановители, причем чем левее расположен металл в ряду активности, тем сильнее его восстановительные свойства. Некоторые металлы применяют в промышленности для восстановления других металлов из оксидов:
Ключевая идея
Химические элементы в высшей степени окисления могут проявлять только окислительные свойства, в низшей степени — только восстановительные свойства. Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может быть как окислителем, так и восстановителем.
Контрольные вопросы
184. В какой степени окисления элементы могут проявлять свойства: а) только окислительные; б) только восстановительные; в) и окислительные, и восстановительные? Ответ поясните.
185. Приведите примеры веществ, проявляющих сильные окислительные и восстановительные свойства. Поясните свой выбор.
186. Как зависит активность атомов элемента в окислительно-восстановительных реакциях от его степени окисления?
Задания для усвоения материала
187. Может ли проявлять восстановительные свойства: а) атом Флуора; б) флуорид-ион; в) атом Натрия; г) ион Натрия? Ответ поясните.
188. Почему фтор и кислород в химических реакциях являются преимущественно окислителями? Существуют ли еще простые вещества, которые были бы только окислителями или только восстановителями?
189. В каждом ряду веществ найдите элемент, содержащийся во всех трех веществах. Определите его степень окисления в этих соединениях. По степени окисления определите, в каком веществе этот элемент может быть только окислителем, в каком — только восстановителем, а в каком — проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
190. Составьте уравнения реакций горения в кислороде приведенных веществ и определите элемент-восстановитель.
Железо, водород, фосфор, сероводород, карбон(П) оксид, метан CH4.
191. Составьте уравнение горения кальция в кислороде. Атомы какого вещества отдают электроны, а какого — принимают?
192. Составьте уравнения реакций восстановления водородом следующих веществ: вольфрам^!) оксид, хром(Ш) оксид, титан(^) оксид. В каждой реакции определите элемент-окислитель.
193. Железо можно получить восстановлением феррум(Ш) оксида углеродом, водородом, алюминием. Составьте соответствующие уравнения реакций. Назовите окислитель и восстановитель в каждой реакции.
194. В алюминий бромиде Алюминий находится в высшей степени окисления, а Бром — в низшей. Какой элемент в этом соединении может быть окислителем, а какой — восстановителем? Ответ поясните, используя уравнения реакций: А1Вг3 + 3Na = 3NaBr + Al; 2А1Вг3 + 3Cl2 = 2AlCl3 + 3Br2.
195. Несколько веков назад картины писали красками, содержащими свинцовые белила. За многие годы такие картины почернели из-за превращения белил в плюмбум(И) сульфид черного цвета. При реставрации картин их обрабатывают раствором гидроген пероксида, благодаря чему черный плюмбум(П) сульфид окисляется до белого вещества, в котором Сульфур проявляет степень окисления +6. В какое соединение превращается плюмбум(П) сульфид? Составьте уравнение этой реакции. Как вы считаете, можно ли гидроген пероксид использовать для отбеливания серебряных изделий, которые темнеют из-за покрытия аргентум(1) сульфидом?
196. В каком воздухе быстрее потускнеет серебро: в чистом или загрязненном? Составьте план эксперимента, который мог бы доказать ваше мнение.
197. В дополнительных источниках найдите информацию об использовании окислительно-восстановительных процессов в быту и промышленности.
Это материал учебника Химия 9 класс Григорович