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 O 2, 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: 2Na 0 + Cl 2 0 = 2Na + Cl - 2Na 0 – 2e 2Na + Cl e 2Cl - S 0 + O 2 0 = S +4 O 2 -2 S 0 – 4e S +4 O e 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 условий S 0 + H 2 0 = H 2 +1 S -2 S 0 + O 2 0 = S -4 O 2 -2 окислитель восстановитель

Правила определения степени окисления В простых вещ.(N 2 Cl 2 O 2 ) 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 Ca 2+ 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 (CaH 2 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 OF 2, 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: KMgO 4 + KI + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + MgSO 4 + I 2 + H 2 O Степень окисления изменяют только марганец и йод Определяют число электронов, приобретаемых или отдаваемых атомами или ионами: Mn + 5e Mn (восстановление) 2I – 2e I 2 (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

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 KMgO 4 и восстановителе KI. Так как в результате реакции образуется 1 моль I 2, 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: 2KMgO KI + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2MgSO 4 + 5I 2 + H 2 O

В левой части число ионов соответствует 12, а в правой – 2. поэтому в правой части перед H 2 SO 4 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: 2KMgO KI + 8H 2 SO 4 = 2MgSO 4 + 5I 2 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 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: KMgO 4 + KI + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + MgSO 4 + I 2 + H 2 O или в ионной форме: K + + MgO K + + I - + 2H + + SO 4 2- Mn 2+ + SO I 2 + 2K + + SO H 2 O Составляют ионную схему реакции, определив окислитель и восстановитель и указав при этом только ионы, реально участвующие в реакции: MgO I - + H + Mn 2+ + I 0 + H 2 O отсюда видно, что ионы MgO 4 - восстанавливаются до Mn 2+, а I - окисляется до I 0 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: MgO H + + 5e Mn H 2 O Число электронов, указываемых в каждой полуреакции, должно быть равно суммарному изменению зарядов ионов в соответствующем процессе. Вторая полуреакция: 2 I - - 2e I 2 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 I 2 0 MgO H + + 5e Mn H 2 O 5 2(восстановление) (окисление) 2KMgO KI + 8H 2 SO 4 = 2MgSO 4 + 5I 2 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 O 10I - + 2MgO H + = 5I 2 + 2Mn H 2 O Полученные 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 группу 2KMgO KI + 8H 2 SO 4 = 2MgSO 4 + 5I 2 + 6K 2 SO 4 + 8H 2 O 4Mg + 2HNO 3 + 8HNO 3 = 4Mg(NO 3 ) 2 + N 2 O + 5H 2 O BeF 2 + Mg = Be + MgF 2 3BaO + 2Al = Al 2 O 3 + 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(NO 3 ) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2 2KClO 3 = 2KClO + 3O 2 NH 3 NO 3 = N 2 O + 2H 2 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. 2Cl KOH = 5KCl -5 + KClO H 2 O 3HNO 2 +2 = HNO NO +2 +H 2 O 4Na 2 SO 3 +4 = 3Na 2 SO Na 2 S -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 + H 2 O = NaAlO 2 + H 2. 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 I 2 + HNO 3 = HIO 3 + NO + H 2 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!