Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Тема 1.6. Окислительно-восстановительные реакции.

 

Вопросы по ранее изученной теме:

1. В каких случаях при электролизе водных растворов солей:

a) на катоде выделяется водород;

b) на аноде выделяется кислород;

c) проходит одновременное восстановление катионов металла и катионов водорода воды?

1. Какие процессы, протекающие на электродах, объединяются общим названием ''электролиз''?
2. Чем отличаются электролиз расплава едкого натра от электролиза его раствора?
3. С каким полюсом батареи - положительным или отрицательным должна быть соединена металлическая деталь при её хромировании.
4. Раскрыть значение электролиз; понятие - электролиз.
5. Какие химические процессы происходят у катода и анода при электролизе раствора иодида калия? Расплава иодида калия?
6. Составьте схемы электролиза с использованием угольных электродов расплавов и растворов следующих солей: КСl.
7. В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе их солей одинаковой концентрации (анод нерастворимый) следующего состава: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Объясните, почему металлический калий нельзя получить на угольных электродах электролизом водного раствора хлорида калия, но можно получить электролизом расплава этой соли?
9. При электролизе водного раствора нитрата серебра на катоде образуется:

a) Аg b) NО₂ c) NO d) H₂?

 

 

Следует:

знать основные понятия и сущность окислительно-восстановительных реакций, правила составления окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса;

уметь классифицировать реакции с точки зрения степени окисления; определять и применять понятия: “степень окисления”, “окислители и восстановители”, “процессы окисления и восстановления”; составлять электронный баланс для окислительно- восстановительных реакций и применять его для расстановки коэффициентов в молекулярном уравнении.

Изменение свойств элементов в зависимости от строения их атомов

 

Изучив ранее типы химических реакций, строение молекул, взаи­мосвязь основных классов химических соединений, можно сказать, что большинство реакций - присоединения, разложения и замещения, протекают с изменением степени окисления атомов реагирующих ве­ществ, и только в реакциях обмена этого не происходит.

Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Существует несколько способов составления уравнений окислитеьно- восстановительных реакций. Остановимся на методе электронного баланса, основанном на определении общего числа перемещающихся электронов. Например:

МnО₂ + КСlO₃ + КОН = К₂МnО₄ + КСl + Н₂О

Определяем, атомы каких элементов изменили степень окисления:

_{+4 +6 +5 -1}

Мn → Мn Сl → Сl

Определяем число потерянных (–) и полученных (+) электронов:

_{+4 +6 +5 -1}

Мn – 2 e → Мn Сl + 6 e → Сl

Число потерянных и полученных электронов должно быть одинаковым. Оба процесса полуреакций изобразим следующим образом:

_{+4 +6}

восстановитель Мn – 2 е ˉ → Мn 3 3Мn – 6 е ˉ → 3Мn окисление

_{+5 -1 +5 -1}

окислитель Сl + 6 е ˉ → Сl 1 Сl + 6 е ˉ → Сl восстановление

Основные коэффициенты при окислителе и восстановителе переносим в уравнение реакции

3МnО₂ + КСlO₃ + 6КОН = 3К₂МnО₄ + КСl + 3Н₂О

Процесс превращения марганца +4 в марганец +6 есть провес отдачи (потери) электронов, т.е. окисление; процесс превращения Сl(+5) в Сl(-1) есть процесс получения электронов, т.е. процесс восстановления. Вещество МnО₂ при этом является восстановителем, а КСlO₃ - окислителем.

Иногда одно из веществ, участвующих в реакции, выполняет сразу две функции: окислителя (или восстановителя) и солеобразователя. Рассмотрим в качестве примера реакцию

Zn + НNО₃ = Zn(NO₃) ₂ + NН₄NО₃ + H₂O

Составим полуреакции для окислителя и восстановителя. Цинк теряет два электрона, а азот N(+5) приобретает восемь электронов:

_{0 +2}

Zn – 2 e ˉ → Zn 8 4

_{+5 -3}

N + 8 e ˉ → N 2 1

 

Таким образом, на окисление четырех атомов цинка необходимо восемь молекул НNО₃ и две молекулы НNO₃ на солеобразование.

4Zn + 2НNО₃ + 8НNO₃ = 4Zn(NО₃) ₂ + NН₄NО₃ + 3Н₂О

В итоге:

4Zn + 10НNO₃ = 4Zn(NО₃) ₂ + NН₄NО₃ + 3Н₂О

 

 

Типы уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Oсновные окислители и восстановители.

 

Окислительно-восстановительные реакции разделяются на три группы: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования.

Реакции, в которых одно вещество служит окислителем, а другое - восстановителем, называются межмолекулярными реакциями, например:

_{+7 -1 +2 0}

2КМnО₄ + 16НСl = 2МnСl₂ + 5Сl₂ + 2КСl + 8Н₂О

К межмолекулярным реакциям относятся также реакции между веществами, в которых взаимодействующие атомы одного и того же элемента имеют различную степень окисления:

_{-2 +4 0}

2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O

Реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в одной и той же молекуле, называются внутримолекулярными реакциями, например:

_{+5 -2 -1 0}

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

К внутримолекулярным можно отнести реакции, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:

_{-3 +5 +1}

NH₄NO₃ = N₂O + H₂O

Реакции, в которых окислительные и восстановительные функции выполняют атомы одного элемента в одной и той же степени окисле­ния, называются реакциями диспропорционирования, например:

_{-1 -2 0}

2Nа₂O₂ + 2СО₂ = 2NаСО₃ + О₂

Окислители

Мерой окислительной способности атома или иона, как уже гово­рилось, является сродство к электрону, т.е. способность их принимать электроны.

Окислителями являются:

1. Все атомы неметаллов. Самые сильные окислители - атомы галогенов, так как они способны принять только один, электрон. С уменьшением номера группы окислительные способности атомов неметаллов, расположенных в них, падают. Поэтому атомы неметаллов IV группы - самые слабые окислители. В группах сверху вниз окислительные свойства атомов неметаллов также уменьшаются вследствие увеличения радиусов атомов.

2. Положительно заряженные ионы металлов в состоянии высокой степени окисле- ния, например:

_{+7 +6 +5 +4}

КМnО₄, К₂СrО₄, V₂O₅, МnО₂ и т.д.

Кроме того, окислителями являются ионы металлов с низкой степенью окисления, например:

_{+1 +2 +3 +2}

Аg, Нg, Fе, Сu и др.

3. Концентрированные НNО₃ и Н₂SO₄ кислоты.

 

Восстановители

Восстановителями могут быть:

1. Атомы всех элементов, кроме Не, Nе, Аr, F. Наиболее легко теряют электроны атомы тех элементов, которые на последнем слое имеют один, два, три электрона.

2. Положительно заряженные ионы металлов, находящиеся в низкой степени окисле- ния, например:

_{+2 +3 +2 +2 +1}

Fе, Сг, Мn, Sn, Сu.

3. Отрицательно заряженные ионы, например: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S²ˉ.

4. Слабые кислоты и их соли, например: Н₂SО₃ и К₂SО₃; НNО₂ и КNО₂.

 

 

Вопросы по изученной теме:

1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными? Чем отличаются окислительно-восстановительные реакции от других химических реакций?

1. Почему металлы в соединениях проявляют только положительные степени окисления, а неметаллы - как положительные, так и отрицательные?
2. Какие вещества называются окислителями и какие восстановителями?
3. Как по относительной электроотрицательности можно судить о характере связи между атомами в молекуле?
4. Какая связь между энергией сродства к электрону и окислительной способностью химического элемента?
5. Для каких сложных веществ характерны только окислительные свойства? В каких случаях сложные вещества могут выступать в роли окислителей и восстановителей?
6. В следующих уравнениях реакций определите окислитель и восстановитель, их степень окисления, расставьте коэффициенты:

a) НgS + НNО₃ + НСl → НgСl₂ + S + NO + Н₂O

b) SnСl₂ + К₂Сr₂О₇ + Н₂SО₄ → Sn(SО₄) ₂ + SnCl₄ + Сr₂(SО₄)₃ + К₂SО₄ + Н₂O

c) АsН₃ + АgNО₃ + Н₂О → Н₃AsO₄ + Аg + НNО₃

1. В следующих реакциях, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе (реакции внутримолекулярного окисления - восстановления), расставьте коэффициенты:

a) NН₄NО₃ → N₂О + Н₂О

b) КСlO₃ → КСl + О₂

c) Аg₂О → Аg + О₂

1. Для реакций диспропорционирования (самоокисления - самовосстановления) напишите электронные схемы и расставьте коэффициенты:

a) К₂МnО₄ + Н₂О → КМnО₄ + МnО₂ +КОН

b) НСlO₃ → СlO₂ + НСlO₄

c) НNО₂ → НNО₃ + NO + Н₂О

1. Какие из приведенных реакций относятся к внутримолекулярным и какие - к реакциям диспропорционирования:

a) Нg(NO₃) ₂ → Нg + NO₂ + О₂

b) Сu(NO₃) ₂ → СuО + NO₂ + О₂

c) К₂SО₃ → К₂SО₄ + К₂S

d) (NH₄) ₂Сr₂О₇ → N₂ + Сr₂О₃ + Н₂O

Подберите коэффициенты к каждой реакции.

 

Литература: 1, 2,3.

Тема 1.5.1. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:

Окислительно-восстановительные реакции

 

Задание. Уравнять окислительно-восстановительные реакции методом электронного баланса (указать окислитель и восстановитель).

Для сильных и средних учащихся:

 

Вариант I

1. NaClO + P → NaCl + P₂O₅
2. Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Вариант II

1. H₂S + O₂ → SO₂ + H₂O
2. Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

 

Вариант III

1. Fe₂O₃ + H₂ → Fe + H₂O
2. H₂SO₄ + C → SO₂ + CO₂ + H₂O

 

Вариант IV

1. HCl + O₂ → H₂O + Cl₂
2. Cu +HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

 

Вариант V

1. H₂S + O₂ → S + H₂O
2. Ca + HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + N₂O + H₂O

Для слабых учащихся:

 

Вариант I

1. Li + O₂ → Li₂O
2. Mg + HCl → MgCl₂ + H₂

 

Вариант II

1. H₂ + O₂ → H₂O
2. Cl₂ + NaBr → NaCl + Br₂

 

Вариант III

1. С + O₂ → CO₂
2. F₂ + H₂O → HF + O₂

 

 

Вариант IV

1. Расставьте степени окисления атомов элементов в формулах следую­щих соединений: SО₃, СаS, N₂О₃, Li₂О, Мg₃(РО₄)₂.
2. По приведенной схеме реакции определить окислитель и восстано­витель, составить электронный баланс, уравнять химическую реак­цию, указать процессы окисления и восстановления:

Сl₂ + NaI → NaCl + I₂

1. Схема Сr° - 3 e ˉ → Сr⁺³ отражает процесс:

a) восстановления

b) окисления

c) и окисления и восстановления?

Вариант V

1. Расставьте степени окисления атомов элементов в формулах следую­щих соединений: SО₂, N₂O₅, NaН, Аl₂(SО₄)₃.
2. По приведенной схеме реакции определить окислитель и восстано­витель, составить электронный баланс, уравнять химическую реак­цию, указать процессы окисления и восстановления:

Н₂ + Са → Са₃N₂

1. Схема Р° + 3 е ˉ → Рˉ³ отражает процесс:

a) восстановления

b) окисления

c) и окисления и восстановления?

Вариант VI

1. Расставьте степени окисления атомов элементов в формулах следую­щих соединений: SF₆, РСl₃, SiS₂, NН₃.
2. По приведенной схеме реакции определить окислитель и восстано­витель, составить электронный баланс, уравнять химическую реак­цию, указать процессы окисления и восстановления:

НgS + О₂ = SО + 2НgO

Р + O₂ = Р₂O₅

1. Допишите реакцию и расставьте коэффициенты методом электро­нного баланса:

Рb(NО₃)₂ + Zn →