Окислительно-восстановительные реакции.
v Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов.
Окислительно - восстановительные реакции самые распространенные и играют большую роль в природе. Они являются основой жизни на Земле, так как с ними связаны дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез в зеленых частях растений и нервная деятельность человека и животных.
Фотосинтез, дыхание, брожение, накопление энергии в клетках сопровождаются переносом электронов.
Разделяя процессы окисления и восстановления, удается превращать энергию химических реакций в электрическую. Этот принцип лежит в основе работы гальванических элементов и аккумуляторов.
К числу ОВР принадлежат все реакции между простыми и сложными веществами, между двумя простыми веществами, а также некоторые случаи взаимодействия сложных веществ.
При окислительно-восстановительных реакциях происходит переход электронов от одних атомов к другим.
v Валентность – это число связей у элемента в соединении.
v Степень окисления – это условный заряд, который возникает на элементе, когда он оттягивает на себя электроны со связей в соединении (или отдает их).
v Электроотрицательность – это способность элемента оттягивать на себя электроны со связей в соединении.
Атом, отдающий электрон, то есть повышающий свою степень окисления, называют восстановителем, а атом, принимающий электрон (его степень окисления понижается) – окислителем.
· Процесс отдачи электронов – это процесс окисления.
· Процесс принятия электронов – это процесс восстановления.
v Есть ряд мнемонических правил, которые позволяют лучше запомнить разницу между этими понятиями:
1. По первым буквам слов можно составить следующие сокращения:
ОВВ: окислитель - взял электрон - восстановился
ВОО: восстановитель - отдал электрон - окислился
2. Или использовать словосочетание "окислитель-грабитель".
3. Запомнить стихотворение:
Восстановитель — это тот, кто электроны отдает.
Сам отдает грабителю, злодею-окислителю.
Отдает — окисляется, сам восстановителем является.
Уравнивание окислительно-восстановительных реакций, как правило, требует больше времени и усилий, чем расстановка коэффициентов в других реакциях. Для облегчения этой задачи существует два метода расстановки коэффициентов: метод электронного баланса и электронного-ионного баланса.
МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА
Расстановка коэффициентов в уравнении окислительно-восстановительной реакции основана на том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.
Алгоритм расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса:
1. Записать схему реакции
2. Определить какие элементы изменили степень окисления в ходе реакции
3. Составить полуреакции для этих элементов и определить их роль в процессе (окислитель или восстановитель)
4. Подобрать дополнительные множители для этих элементов так, чтобы закон сохранения заряда выполнялся для реакции в целом, для чего число принятых электронов в полуреакциях восстановления делают равным числу отданных электронов в полуреакции окисления
5. Перенести подобраные коэффициенты в схему реакции
6. Уравнять числа атомов элементов, не изменивших степень окисления в ходе реакции
7. Проверить числа атомов всех элементов (чаще всего проводят проверку по кислороду)
0 +1 -1 +3 -1 0
*Пример: Al + H Cl → Al Cl3 + H2
1. Чтобы составить схему электронного баланса для данного уравнения, нужно расставить степени окисления всех элементов во всех веществах.
2. Затем найти и подчеркнуть те элементы, которые изменили свою степень окисления в результате реакции:
0 +1 -1 +3 -1 0
Al + H Cl → Al Cl3 + H2
в-ль ок-ль
3. Слева направо выписать только те элементы, которые изменили свою степень окисления.
| 0 +3 Al → Al |
| +1 0 H → H |
4. Подсчитать, сколько элемент при этом отдает или принимает электронов:
| 0 +3 Al— 3e → Al |
| +1 0 H + 1e → H |
5. В схеме электронного баланса необходимо учитывать индексы
а) у простых веществ;
б) H2O2; K2Cr2O7; N2O
Необходимо умножить на индекс всю строчку этого элемента в схеме электронного баланса.
| 0 +3 Al — 3e → Al |
| +1 0 2 H + 2 × 1e → 2 H |
6. Для числа отданных электронов (3) и для числа принятых электронов (2) найти наименьшее общее кратное (6). Найти дополнительные множители.
7. Указать окислитель, восстановитель; процессы окисления и восстановления.
| восстановитель | 0 — +3 Al — 3e → Al | 6 (наименьшее общее кратное) | окисление | |
| окислитель | +1 — 0 2 H + 2 × 1e → 2 H | 3 (дополнит. множители) | восстановление |
8. Расставить коэффициенты в уравнении реакции.
0 +1 -1 +3 -1 0
*Ответ: 2Al + 6 H Cl → 2 AlCl3 + 3 H2
| восстановитель | 0 — +3 Al — 3e → Al | окисление | ||
| окислитель | +1 — 0 2 H + 2 e → 2 H | восстановление |
Если несколько элементов в О.В.Р. отдают (или берут) электроны, то в схеме электронного баланса считают сумму отданных (или принятых) электронов. И ищут наименьшее общее кратное для этой суммы.
0 0 +3 -2
Примеры: 1) 2Al + 3 S → Al2 S3 сульфид алюминия
| восстановитель | 0 — +3 Al — 3e → Al | окисление | ||
| окислитель | 0 — -2 S + 2 e → S | восстановление |
0 0 +3 -2
2) 4 Al + 3 O2 → 2 Al2 O3
| восстановитель | 0 — +3 Al — 3e → Al | окисление | ||
| окислитель | 0 — -2 S + 2 e → S | восстановление |
+1 +5 -2 0 +4 -2 0
3) 2 Ag N O3 → 2 Ag + 2 N O2 + O2
| сумма 2е | ||||
| окислитель | +1 — 0 Ag + 1e → Ag | восстановление | ||
| окислитель | +5 — +4 N + 1e → N | восстановление | ||
| восстановитель | -2 — 0 2O — 2×2e → 2O | окисление |
Вопросы:
1) Какие реакции называются окислительно-восстановительными?
2) Что такое окислитель?
3) Что такое восстановитель?
4) Какой процесс называется процессом восстановления?
5) Какой процесс называется процессом окисления?
6) Приведите примеры природных явлений, в основе которых лежат процессы окисления и восстановления.