Суть окислительно-восстановительной реакции заключается в обмене электронами: одни элементы их отдают, а другие — забирают, в результате чего и происходит изменение степени окисления этих элементов и образуются новые вещества.

Чтобы проще это было запомнить, предлагаю твоему вниманию такой интересный стишок:

Окислитель — он грабитель. Электроны отбирает, карму (степень окисления) резко понижает. Восстановитель — он спаситель. Электроны отдает, карма (степень окисления) вверх его растет.

Итак, мы делаем первый важный вывод: ОВР — это реакция между окислителем и восстановителем.

Составление ОВР происходит в 3 этапа:

1. выбор реагентов: окислителя, восстановителя и среды, если она необходима;

2. написание продуктов реакции;

3. расставление коэффициентов (уравнивание).

Окислитель — это грабитель. Раз он отбирает электроны, значит у него их либо нет, либо мало.

Окислителями могут быть:

1. Простые вещества — неметаллы с высокой электроотрицательностью (F₂, Cl₂, Br₂, I₂, O₂, O₃);

2. Элементы в высшей степени окисления:

• N⁺⁵ в HNO₃ и KNO₃;

• S⁺⁶ в H₂SO₄(конц) и SO₃;

• Mn⁺⁷ в KMnO₄;

• Cr⁺⁶ в K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄ и CrO₃;

• Cl⁺⁷ в KClO₄.

3. Элементы в промежуточной степени окисления:

• Mn⁺⁴ в MnO₂;

• Cl⁺ⁿ в KClO₃, KClO₂ и KClO;

• S⁺⁴ в SO₂ и Na₂SO₃;

• Cr⁺³ и Fe⁺³;

• O⁻¹ в H₂O₂ и Na₂O₂.

Кто может быть восстановителем?

Восстановитель — это спаситель. Раз он отдает электроны, значит у него их очень много.

Восстановителями могут быть:

1. Простые вещества — металлы (Al, Mg и т.д.)

2. Простые вещества — неметаллы с невысокой электроотрицатетельностью (Н₂, S, P, C, I₂ — только с некоторыми окислителями);

3. Элементы в низшей степени окисления:

• Cl⁻¹, Br⁻¹, I⁻¹ в HI, HBr, HCl и их солях NaI, KBr, NaCl;

• S⁻² в H₂S и K₂S;

• N⁻³ в NH₃;

• P⁻³ в PH₃.

4. Элементы в промежуточной степени окисления:

• Р⁺³ в P₂O₃;

• S⁺⁴ в SO₂ и Na₂SO₃;

• N⁺³ в НNO₂ и KNO₂;

• O⁻¹ в H₂O₂ и Na₂O₂;

• C⁺² в CO;

• Сu⁺, Fe⁺², Cr⁺², Mn⁺², Cr⁺³.

Кто может быть средой?

Среда — это третий реагент, который необязательно будет присутствовать в реакции. Среда может быть кислой, щелочной и нейтральной (водной).

• В качестве кислой среды может выступать только сильная кислота (H₂SO₄, HCl);

• Присутствие щёлочи формирует щелочную среду (KOH, NaOH);

• Во всех остальных случаях мы будем считать , что среда нейтральная.

Зачем нужна среда?

1. Сила некоторых окислителей будет от нее зависеть. Например, Mn⁺⁷ в KMnO₄ в кислой среде заберет 5 электронов, в нейтральной - 3 электрона, а в щелочной - 1.

2. Среда влияет на продукты реакции. Например, образовавшийся Cr⁺³ в щелочной среде выделится в виде Сr(OH)₃, а в сернокислой среде Сr(OH)₃ с H₂SO₄ будут реагировать с образованием Cr₂(SO₄)₃.

Второй важный вывод: окислителем и восстановителем могут быть только определенные вещества, перечень которых нужно запомнить.

Итак, теперь мы знаем, какие реагенты могут участвовать в ОВР. Осталось научиться писать продукты.

Продукты реакции складываются из:

1. того, во что превратился окислитель

2. того, во что превратился восстановитель

3. побочных продуктов

Куда превращаются окислители:

Куда превращаются восстановители:

Пользуясь этой схемой ты сможешь предугадывать основные продукты окислительно-восстановительных реакций. 

Как написать побочные продукты?

Как видно из примеров в таблице, помимо веществ, в которые превратились окислитель и восстановитель, в продуктах могут присутствовать дополнительные вещества. Их называют побочные продукты.

Нет определенного правила, по которому можно было предугадать любой побочный продукт, однако есть некоторые принципы, которые помогут их предположить:

1. В побочных продуктах находятся элементы, которые не были задействованы в основных продуктах:

Например, в реакции 5PH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O сульфат калия - это побочный продукт, так как KMnO₄ превратился в MnSO₄, лишившись калия.

2. Среда влияет и на побочные продукты тоже: в кислой среде образуются соли металлов: 

Например, в реакции 3H₂S + 2K₂CrO₄ + 2H₂O → 2Cr(OH)₃ + 3S + 4KOH перед нами тоже стояла задача выделить калий в продуктах, однако среда раствора была нейтральной, поэтому соль выделить мы не можем.

3. Некоторые побочные продукты появляются после уравнивания. После составления метода электронного баланса и расстановки коэффициентов, может выяснится, что каких-то элементов не хватает для уравнивания. Так часто бывает с водой, которую мы почти всегда можем добавить как в левую, так и в правую часть уравнения реакции, ведь большинство ОВР протекают в растворе.

После написания продуктов реакции, мы приступаем к уравниванию.

Пример:

Составьте уравнение реакции: 

1 ЭТАП: разберемся в реагентах

• восстановитель — P⁻³ в составе PH₃;

• окислитель — Mn⁺⁷ в составе KMnO₄;

• характер среды определяется серной кислотой H₂SO₄.

2 ЭТАП: предположим продукты реакции:

• KMnO₄ — сильный окислитель, поэтому он переводит фосфор из низшей степени окисления P⁻³ в высшую степень окисления P⁺⁵;

• Mn⁺⁷ в кислой среде всегда переходит в Mn⁺², который в сернокислой среде существует в виде MnSO₄.

• P⁺⁵ в кислой среде существует в виде кислоты H₃PO₄, Mn⁺² и K⁺ — в виде солей MnSO₄ и K₂SO₄.

Итоговая схема реакции: 

3 ЭТАП: уравняем реакцию

Для расчёта коэффициентов составим электронный баланс между окислителем и восстановителем: P⁻³ – 8e → Р⁺⁵ | 5 Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺² | 8

Чтобы уравнять фосфор и марганец, перед фосфором слева и справа поставим 5, а перед марганцем — 8:

Для того чтобы уравнять 8 атомов K, в правую часть надо добавить 4K₂SO₄:

Теперь в правой части 12 атомов S: 8 в составе MnSO₄ и 4 в составе K₂SO₄. Чтобы уравнять серу, в левую часть добавляем 12H₂SO₄.

Наконец, число атомов кислорода и водорода уравнивается добавлением в правую часть 12 молекул H₂O: