§ 18.1. Акісляльна-аднаўленчыя рэакцыі. Найважнейшыя акісляльнікі і адноўнікі. Акісляльна-аднаўленчыя працэсы ў прыродзе, тэхніцы, побыце.

Акісляльнік — гэта рэчыва, у састаў якога ўваходзяць атамы, якія далучаюць да сябе электроны ў працэсе хімічнай рэакцыі. Падчас рэакцыі гэтыя атамы аднаўляюцца, пры гэтым іх ступень акіслення паніжаецца.

Акісляльныя ўласцівасці найбольш выражаны ў рэчываў, з уласцівасцямі якіх вы ўжо знаёмыя або пазнаёміцеся далей:

• • простыя рэчывы — галагены, кісларод і азон;
• • пераксід вадароду, аднаўляюцца атамы кіслароду ў ступені акіслення −1;
• • канцэнтраваная серная кіслата, аднаўляюцца атамы серы ў ступені акіслення +6;
• • азотная кіслата і нітраты, аднаўляюцца атамы азоту ў ступені акіслення +5;
• • кіслоты (галагенавадародныя, фосфарная, разбаўленая серная), аднаўляюцца атамы вадароду ў іоне вадароду;
• • кіслародзмяшчальныя кіслоты хлору і іх солі (, ), аднаўляюцца атамы хлору;
• • злучэнні марганцу ў найвышэйшых ступенях акіслення, аднаўляюцца атамы марганцу;
• • злучэнні хрому (, ), аднаўляюцца атамы хрому;
• • солі жалеза(III), медзі(II), серабра(I), аднаўляюцца атамы металаў.

Адноўнік — гэта рэчыва, у састаў якога ўваходзяць атамы, што аддаюць электроны ў працэсе акісляльна-аднаўленчай рэакцыі. Падчас рэакцыі гэтыя атамы акісляюцца, пры гэтым іх ступень акіслення павышаецца.

Прывядзём прыклады найважнейшых адноўнікаў, уласцівасці якіх вы будзеце разглядаць, вывучаючы матэрыял раздзелаў VI і VII:

• • простыя рэчывы — металы (напрыклад, Na, Fe, Zn, Al, Sn і інш.);
• • простае рэчыва — вадарод;
• • вуглярод, аксід вугляроду(II) і многія арганічныя злучэнні (напрыклад, альдэгіды), акісляюцца атамы вугляроду;
• • серавадарод, сульфід і сульфіты, акісляюцца атамы серы;
• • браміды і ёдыды (напрыклад, KI), акісляюцца атамы галагену;
• • солі жалеза(II), акісляюцца атамы жалеза ў ступені акіслення +2.

Зразумела, прыведзены вышэй пералік рэчываў не вычэрпвае ўсю разнастайнасць акісляльнікаў і адноўнікаў. Варта падкрэсліць, што акісляльнікі і адноўнікі адрозніваюцца па сваёй сіле. Так, напрыклад, фтор з’яўляецца адным з самых моцных акісляльнікаў, а акісляльная здольнасць хлору большая, чым у ёду. Для многіх рэчываў акісляльная здольнасць залежыць ад умоў рэакцыі. У кіслым асяроддзі, як правіла, акісляльная здольнасць больш выражана. Шэраг рэчываў у адных умовах валодае акісляльнай здольнасцю, а ў іншых — аднаўленчай.

Ацаніць, ці будзе рэчыва праяўляць акісляльныя або аднаўленчыя ўласцівасці, можна, кіруючыся наступнымі правіламі.

Адноўнікамі з’яўляюцца рэчывы, што ўтрымліваюць атамы элемента, якія могуць праяўляць больш высокую, чым у дадзеным рэчыве, ступень акіслення. Простыя рэчывы металы заўсёды з’яўляюцца адноўнікамі, і ў прадуктах акіслення ступень акіслення металу мае толькі дадатныя значэнні.

Атамы неметалаў, якія ўваходзяць у састаў злучэнняў у нізкіх ступенях акіслення, праяўляюць толькі аднаўленчыя ўласцівасці, напрыклад атамы галагену ў галагенідах, атамы серы ў сульфідах, атамы вадароду ў гідрыдах.

Акісляльнікамі з’яўляюцца рэчывы, што ўтрымліваюць атамы элемента, якія могуць праяўляць больш нізкую, чым у дадзеным рэчыве, ступень акіслення. Складаныя рэчывы, у састаў якіх уваходзяць атамы металаў і неметалаў у высокіх ступенях акіслення, заўсёды з’яўляюцца акісляльнікамі, напрыклад H₂SO_4(канц), HNO₃, KMnO₄, CrO₃, HClO₄ і інш. Паніжаючы сваю ступень акіслення, атамы неметалаў могуць набываць як дадатныя, так і адмоўныя або нулявыя значэнні ступені акіслення. Акісляльная здольнасць рэчываў у радзе акісляльнікаў, як і аднаўленчая здольнасць рэчываў у радзе адноўнікаў, можа моцна адрознівацца.

Знаходзячыся ў прамежкавай ступені акіслення, атамы элемента могуць быць акіслены мацнейшым акісляльнікам або адноўлены мацнейшым адноўнікам. Напрыклад, жалеза(II) у аксідзе FeO можа быць акіслена кіслародам да Fe(III) або адноўлена вугляродам да металічнага жалеза. Уласцівасці як акісляльнікаў, так і адноўнікаў могуць праяўляць H₂O₂, FeCl₂, SO₂, CuCl, вуглярод, галагены (акрамя фтору) і інш.

У радзе акісляльна-аднаўленчых рэакцый частка атамаў аднаго з элементаў  праяўляе ўласцівасці акісляльніку, а другая частка — уласцівасці адноўніку. У выніку ўтвараюцца прадукты як акіслення, так і аднаўлення гэтага элемента. Прыкладамі такіх рэакцый (рэакцый дыспрапарцыянавання) могуць служыць:

а) узаемадзеянне аксіду азоту(IV) з вадой:

б) раскладанне пераксіду вадароду:

в) узаемадзеянне хлору з растворам шчолачы з утварэннем солей хларнавацістай і хлоравадароднай кіслот:

Акісляльна-аднаўленчыя працэсы распаўсюджаны ў прыродзе. Да іх адносяцца абмен рэчываў у жывых арганізмах, дыханне, гніенне і браджэнне, фотасінтэз. Акісляльна-аднаўленчыя працэсы суправаджаюць колазварот рэчываў у прыродзе. Яны працякаюць пры карозіі металаў.

У прамысловасці і ў побыце экзатэрмічныя акісляльна-аднаўленчыя рэакцыі выкарыстоўваюць пры спальванні прыроднага газу, вугалю, торфу, драўніны, нафты і прадуктаў яе перапрацоўкі. Гэтыя рэакцыі ляжаць у аснове пераўтварэння энергіі ўзаемадзейных хімічных рэчываў у электрычную энергію ў гальванічных і паліўных элементах.

У металургіі акісляльна-аднаўленчыя працэсы выкарыстоўваюць для аднаўлення металаў, у хімічнай прамысловасці — для атрымання шчолачаў, кіслот, аміяку, спіртоў, альдэгідаў і іншых прадуктаў. Больш падрабязна вы пазнаёміцеся з многімі акісляльна-аднаўленчымі рэакцыямі і іх ужываннем пры вывучэнні матэрыялу раздзелаў VI і VII дапаможніка.

Пытанні, заданні, задачы

1. Якія з прапанаваных рэчываў — SO₃, Na₂S, SO₂, H₂S, H₂SO₄, BaSO₃ — за кошт атамаў серы праяўляюць:

• а) толькі акісляльныя ўласцівасці;
• б) толькі аднаўленчыя ўласцівасці;
• в) як акісляльныя, так і аднаўленчыя ўласцівасці?

Адказ патлумачце.

2. Якія з прапанаваных рэчываў — N₂, NO₂, NO, HNO₃, NH₃, Ba(NO₃)₂, HNO₂ — за кошт атамаў азоту праяўляюць:

• а) толькі акісляльныя ўласцівасці;
• б) толькі аднаўленчыя ўласцівасці;
• в) як акісляльныя, так і аднаўленчыя ўласцівасці?

Адказ патлумачце.

3. У кожнай са схем акісляльна-аднаўленчых рэакцый расстаўце каэфіцыенты метадам электроннага балансу і ўкажыце элемент, які з’яўляецца адначасова акісляльнікам і адноўнікам:

• a) ;
• б) ;
• в) ;
• г) ;

4. Расстаўце каэфіцыенты метадам электроннага балансу, а таксама ўкажыце акісляльнікі і адноўнікі:

• H₂CCH₂ + KMnO₄ + H₂O → CH₂(OH)CH₂(OH) + MnO₂↓ + KOH;
• CH₃CH₂OH + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O;
• CH₃CHO + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

5. Для атрымання воцатнага альдэгіду можна выкарыстоўваць рэакцыю акіслення этылавага спірту дыхраматам калію () у кіслым асяроддзі. Складзіце адпаведнае ўраўненне акісляльна-аднаўленчай рэакцыі.

6. Назавіце рады, у якіх два прапанаваныя рэчывы могуць адначасова знаходзіцца ў растворы:

• а) сульфат натрыю і дыхрамат калію;
• б) дыхрамат калію і серная кіслата;
• в) пераксід вадароду і ёдыд калію;
• г) пераксід вадароду і перманганат калію;
• д) ёдыд калію і хларыд натрыю;
• е) гідраксід барыю і сульфат магнію.

Адказ патлумачце.

7. Вылічыце аб’ём (см³ пры н. у.) аксіду азоту(II), які павінен вылучыцца пры растварэнні 1,92 г медзі ў разбаўленай азотнай кіслаце, узятай у лішку.

8. У раствор сульфату медзі масай 160 г і з масавай доляй сульфату медзі 20 % апусцілі гранулу цынку масай 6,5 г. Вызначце колькасны састаў (%) раствору пасля поўнага растварэння гранулы цынку. Прывядзіце ўраўненне хімічнай рэакцыі, якая апісвае працэс растварэння цынку.

9. У якасці сыравіны для атрымання сернай кіслаты можна выкарыстоўваць пірыт (FeS₂), у якім атамы маюць ступені акіслення: жалеза +2, сера –1. Складзіце ўраўненне абпалу пірыту ў кіслародзе, у выніку якога ўтвараюцца аксіды жалеза(III) і серы(IV).

10. У раствор сульфату медзі(II) апусцілі цынкавую пласцінку і вытрымалі некаторы час. Пасля гэтага яе вынялі з раствору, высушылі і ўзважылі. Высветлілася, што маса пласцінкі паменшылася на 0,01 г за кошт вылучэння на яе паверхні медзі з раствору. Растлумачце гэтую з’яву і вызначце масу медзі, якая асела на пласцінцы. Прыняць малярную масу цынку роўнай 65 г/моль, медзі — 64 г/моль.

Самакантроль

1. Да акісляльна-аднаўленчых працэсаў адносяцца:

• a) ;
• б) ;
• в) ;
• г) .

2. Толькі акісляльныя ўласцівасці за кошт атамаў галагенаў праяўляюць злучэнні:

• а) KClO₃ и НСl;
• в) KCl и NaCl;
• б) HClO₄ и Cl₂O₇;
• г) HClO и KCl.

3. У акісляльна-аднаўленчай рэакцыі, ураўненне якой 3Cu + 8HNO_3(разб) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O, утварылася соль колькасцю 3 моль. Іншыя працэсы не працякалі. Пры гэтым справядлівымі для дадзенай рэакцыі з’яўляюцца сцвярджэнні:

• а) на акісленне металу неабходная азотная кіслата колькасцю 2 моль;
• б) для звязвання ў нітрат утвораных Cu²⁺ патрабуецца 6 моль кіслаты;
• в) аднавілася 2 моль атамаў азоту;
• г) каэфіцыент перад прадуктам аднаўлення роўны 2.

4. Атамы металаў у найвышэйшых ступенях акіслення могуць:

• а) і акісляцца, і аднаўляцца;
• б) толькі аднаўляцца;
• в) паніжаць ступень акіслення;
• г) аддаваць электроны.

5. Атамы марганцу ў саставе МnO₂ могуць:

• а) толькі аднаўляцца;
• б) толькі акісляцца;
• в) і акісляцца, і аднаўляцца;
• г) далучаць электроны.