Основные понятия и проверочная работа

Составляла: Марина Зобнина

это реакции, сопровождающиеся переходом электронов от одних атомов

(или ионов) к другим атомам (или ионам), в результате которых

изменяется состояние окисления атомов (или ионов)

Первоначально окислением назывались только реакции веществ с O2, а восстановлением — реакции, в

результате которых вещество теряло атом кислорода. С введением в химию электронных представлений

понятие окислительно-восстановительных реакций распространилось и на реакции без участия кислорода.

Окисление и восстановление – сопряженные процессы.

Окислители – химические частицы, присоединяющие электроны. При этом сами они восстанавливаются («взял –

восстановился») Восстановители – химические частицы,

отдающие электроны. Они при этом окисляются («отдал – окислился»)

Окисление и восстановление – это такие два полупроцесса, самостоятельное существование каждого из которых невозможно, однако их совместное

протекание обеспечивает реализацию единого окислительно-

восстановительного процесса.

Примеры:

2Na0 + Cl20 = 2Na+Cl-

2Na0 – 2e 2Na+

Cl20 + 2e 2Cl-

S0 + O20 = S+4 O2

-2

S0 – 4e S+4

O20 + 4e 2O-2

окисление (восстановитель

) восстановление

(окислитель)

окисление (восстановитель

) восстановление

(окислитель)

Атомы металлов легко отдают свои электроны. Это объясняется особенностью строения атома

металлов. У металлов большой радиус от ядра до электрона и небольшое количество электронов на

внешнем уровне из этого следует то, что у электрона притяжение к ядру небольшое, поэтому

металлы всегда восстановители. Восстановительные свойства металлов удобно сравнивать, используя

электрохимический ряд напряжений.

катионы металлов IА – IIIA-групп окислительных

свойств не проявляют

восстановительная способность элементов возрастает

Неметаллы могут быть и окислителями, и восстановителями в зависимости от

условийS0 + H2

0 = H2+1 S-2

S0 + O20 = S-4 O2

-2

окислительвосстановитель

Правила определения степени окисления

В простых вещ.(N2 Cl2 O2 ) электроны обобществлены поровну одноименными атомами, т.е. нет смещения связующих

электронов, поэтому степень окисления равна 0 В нейтральных молекулах алгебраическая сумма

всех степеней окисления равна 0 Степень окисления одноатомного (простого)

иона типа Ca2+ совпадает с зарядом иона (2+ в данном случае)

Во всех соединениях щелочные металлы имеют степень окисления +1, щелочноземельные +2

Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1, а в солеобразных гидридах (CaH2 NaH) степень равна -1

Фтор – наиболее электроотрицательный элемент; в соединениях с другими элементами он имеет степень

окисления -1 Кислород в своих соединениях проявляет степень

окисления -2. исключение составляет OF2 , где степень окисления кислорода +2

Сумма степеней окисления всех атомов, входящих в ион, определяет полный заряд частицы. Это позволяет установить неизвестные степени

окисления различных атомов в молекуле. Высшая положительная степень окисления атомов

элементов определяется номером группы. Исключение составляют элементы подгруппы меди

(Cu, Ag, Au), O, F, а так же металлы VIII-группы. При написании уравнений химической реакций всегда

должно соблюдаться правило сохранения алгебраической суммы степеней окисления всех

атомов. Если у одного компонента реакции степень окисления повышается, то у его партнера по реакции

степень должна понижаться

Составление уравнений окислительно-восстановительных

процессов

ионно-электронный метод (метод полуреакций)

метод электронного баланса

подсчет присоединяемых и отдаваемых электронов

проводится в соответствии со значениями степеней

окисления до и после реакции окисление и восстановление рассматриваются как

самостоятельные процессы, каждый из которых

отражает половину полного уравнения

Метод электронного баланса Записывают схему реакции с указанием в левой и правой

частях степеней окисления атомов элементов, участвующих в процессах окисления и восстановления:

KMgO4 + KI + H2 SO4 K2 SO4 + MgSO4 + I2 + H2 OСтепень окисления изменяют только марганец и йод

Определяют число электронов, приобретаемых или отдаваемых атомами или ионами:

Mn + 5e Mn (восстановление)2I – 2e I2 (окисление)

Уравнивают число присоединенных и отданных электронов введением множителей, исходя из наименьшего кратного

для коэффициентов в процессах окисления и восстановления:

Mn + 5e Mn

I – e I 5

Mn + 5I Mn + 5I

5

2

+7 -1 +2 0

+7 +2

+7 +2

-1 0

+7 -1 +2 0

Переход Mg в Mg сопровождается присоединением 5 электронов,

а переход I в I – потерей 1 электрона. Следовательно, на 1 моль

Mg(VII) требуется 5 моль I. Полученные же множители - 1 для Mg(VII)

и Mg(II) и 5 для I и I – являются соответствующими коэффициентами при окислителе KMgO4 и восстановителе KI. Так как в результате

реакции образуется 1 моль I2 , для чего требуется 2 моль I, то полученные коэффициенты надо удвоить.

Найденные коэффициенты подставляют в уравнение реакции перед соответствующими формулами веществ в левой и правой частях.

Для серной кислоты (в левой части), сульфата калия и воды (в правой части) подсчет коэффициентов проводят сравнением числа

атомов или ионов в левой и правой частях схемы. Исходя из электронного баланса, переносим в схему полученные

коэффициенты перед соответствующими компонентами:2KMgO4 + 10KI + H2 SO4 K2 SO4 + 2MgSO4 + 5I2 + H2 O

+7 +2

-1 0

-1

-1 0

-1

В левой части число ионов соответствует 12, а в правой – 2. поэтому в правой части перед H2 SO4 записывается коэффициент 6. в правой части число сульфат-ионов равно 8, следовательно, в

реакцию должны вступить 8 моль серной кислоты, поэтому в левой части для серной кислоты подставляем коэффициент 8. так как число

водородных атомов в левой части теперь равно 16, то для воды соответствует коэффициент 8.

В результате запишем суммарное уравнение:2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 +

8H2 O

Иногда способ учета полного изменения степеней окисления не позволяет правильно составлять уравнения реакций, в которых одно из веществ,

участвующих в реакции, выполняет сразу две функции – окислителя (или восстановителя) и

солеобразователя

Ионно-электронный метод

В соединениях, участвующих в реакции окисления-восстановления, определяют не степень

окисления соответствующих атомов, а заряды ионов:

KMgO4 + KI + H2 SO4 K2 SO4 + MgSO4 + I2 + H2 Oили в ионной форме:

K+ + MgO4- + K+ + I- + 2H+ + SO4

2- Mn2+ + SO42- + I2 +

2K+ + SO42- + H2 O

Составляют ионную схему реакции, определив окислитель и восстановитель и указав при этом

только ионы, реально участвующие в реакции: MgO4

- + I- + H+ Mn2+ + I0 + H2 Oотсюда видно, что ионы MgO4

- восстанавливаются до Mn2+ , а I- окисляется до I0

Участие в реакции иона водорода говорит о том, что процесс протекает в кислой среде. Это очень

важно для дальнейших рассуждений.

Составляют электронно-ионные уравнения для каждой полуреакции, учитывая при этом, что если исходное вещество содержит больше атомов кислорода, чем

продукт реакции, то в левую часть полуреакции добавляют столько ионов водорода, сколько нужно для

связывания необходимого числа кислорода (это возможно, так как среда кислая), при этом в правую

часть полуреакции добавляют соответствующее число молекул воды:

MgO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4 H2 O

Число электронов, указываемых в каждой полуреакции, должно быть равно суммарному изменению зарядов

ионов в соответствующем процессе. Вторая полуреакция: 2 I- - 2e I2

0

Уравнение каждой полуреакции умножают на такой множитель, чтобы число электронов в процессе

восстановления было равно числу электронов в процессе окисления. После этого уравнения обоих полуреакций почленно суммируют и получают сбалансированное

уравнение каждой реакции:

2 I- - 2e I20

MgO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4 H2 O

5

2(восстановление)

(окисление)

2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 + 8H2 O

10I- + 2MgO4- + 16H+ = 5I2 + 2Mn2++

8H2 OПолученные коэффициенты записывают в основное уравнение перед соответствующими веществами:

Если среда кислая, число атомов кислорода может балансироваться также молекулами воды. В уравнениях реакций, протекающих в щелочной среде, число атомов кислорода в

полуреакциях балансируется либо OH- ионами, либо молекулами воды, а в нейтральной среде –

только молекулами воды

Типы окислительно-восстановительных реакций

межмолекулярные

внутримолекулярные

реакции диспропорционирования

Межмолекулярные реакции

Это реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в различных молекулах. Этот тип реакций наиболее распространенный и составляет самую

обширную группу2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 +

8H2 O4Mg + 2HNO3 + 8HNO3 = 4Mg(NO3)2 + N2 O + 5H2 O

BeF2 + Mg = Be + MgF2

3BaO + 2Al = Al2 O3 + 3Ba

Внутримолекулярные реакции

Реакции, которые сопровождаются изменением степени окисления разных атомов в одной и той же

молекуле. Чаще всего по такому механизму протекают реакции термического разложения

молекул

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

2KClO3 = 2KClO + 3O2

NH3 NO3 = N2O + 2H2 O

Реакция диспропорционирования(самоокисление – самовосстановление)

Это реакции, в которых происходит одновременное изменение степени окисления атомов одного и того же элемента. Обязательным условием реализации таких окислительно-восстановительных реакций

должно быть присутствие в молекуле атома, имеющего степень окисления, промежуточную между минимальной и максимальной степенями

окисления.2Cl2

0 + 6KOH = 5KCl-5 + KClO3+5 + 3H2 O

3HNO2+2 = HNO3

+5 + 2NO+2 +H2 O

4Na2 SO3+4 = 3Na2 SO4

+6 + Na2S-9

Вопросы: Какие химические реакции называют окислительно-

восстановительными? Какие вещества выполняют роль восстановителей

в окислительно-восстановительных реакциях? Приведите примеры.

Алюминий взаимодействует с концентрированными щелочами по реакции Al + NaOH + H2 O = NaAlO2 + H2 . Составьте уравнение электронного баланса, подберите коэффициенты и рассчитайте массу

алюминия, необходимую для получения 6,72 л водорода.

Как сильный окислитель азотная кислота окисляет многие неметаллы. Так, взаимодействие с йодом

протекает по реакции I2 + HNO3 = HIO3 + NO + H2 O. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции и рассчитайте массу прореагировавшего йода, если

выделилось 2,8 л оксида азота(II).

Творческое задание:вставьте необходимые по смыслу слова.

Окисление – процесс ___ электронов, восстановление – процесс ___ электронов.

Окислитель – вещество, принимающее ___ , то есть он содержит атомы элемента, который ___ свою степень окисления при протекании

реакции. Восстановитель – вещество, отдающее ___ , то есть он содержит атомы

элемента, который ___ свою степень окисления при протекании реакции. Таким

образом, в ходе протекания реакции окислитель сам ___ , а восстановитель – ___.

Наконец, все!