Окислительно-восстановительные реакции

Данный урок посвящен изучению окислительно-восстановительным реакциям, процессов окисления и восстановления. Вы познакомитесь с современными взглядами на эти процессы. На уроке рассматривается сущность окислительно-восстановительных реакций, их отличие от реакций ионного обмена. Объясняются изменения степеней окисления окислителя и восстановителя. Вводится понятие электронного баланса.

 

I. Сущность окисления и восстановления

 

 

II. Электронный баланс

 

1. Посмотрите анимацию: “Метод электронного баланса”

 

В окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной ре­ак­ции число при­ня­тых элек­тро­нов долж­но быть равно числу от­дан­ных элек­тро­нов. В рас­смат­ри­ва­е­мом про­цес­се элек­трон­ный ба­ланс можно изоб­ра­зить сле­ду­ю­щей схе­мой:

 

        2е-

 

 

Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20

 

Если рас­смот­реть сущ­ность еще од­но­го окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­но­го про­цес­са (между же­ле­зом и суль­фа­том меди (II)), то мы уви­дим, что ка­ти­о­ны меди в этой ре­ак­ции вы­пол­ня­ют роль окис­ли­те­ля. В ре­зуль­та­те про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние меди:

 

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

 

Cu2+ + 2e = Cu0

 

Роль вос­ста­но­ви­те­ля иг­ра­ет про­стое ве­ще­ство же­ле­зо:

 

Fe0 – 2e = Fe2+

 

При этом же­ле­зо окис­ля­ет­ся до двух­за­ряд­но­го ка­ти­о­на.

 

В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединённых окислителем.
Для составления уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции.

 

Вы уже зна­е­те, что окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ные ре­ак­ции могут про­те­кать под дей­стви­ем элек­три­че­ско­го тока. Такие ре­ак­ции на­зы­ва­ют элек­тро­ли­зом. Этот про­цесс был по­дроб­но изу­чен Май­к­лом Фа­ра­де­ем. Се­год­ня элек­тро­лиз ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся в про­мыш­лен­но­сти. С по­мо­щью него де­ла­ют копии раз­лич­ных де­та­лей, на­но­сят на сталь­ные де­та­ли ав­то­мо­би­лей за­щит­ный слой дру­го­го ме­тал­ла.

 

III. Понятие «окислительно-восстановительные реакции»

 

 

IV. Отличие окислительно-восстановительных реакций от реакций ионного обмена

 

 

Рас­смот­рим на кон­крет­ных при­ме­рах, как от­ли­чить окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ную ре­ак­цию от про­чих ре­ак­ций.

 

1. NaOH + HCl = NaCl + H2O

 

2. СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

 

Для того чтобы ска­зать, яв­ля­ет­ся ли ре­ак­ция окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной, необ­хо­ди­мо рас­ста­вить зна­че­ния сте­пе­ней окис­ле­ния ато­мов хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

 

   +1-2+1    +1-1     +1 -1   +1 -2

 

1. NaOH + HCl = NaCl + H2O

 

Об­ра­ти­те вни­ма­ние, сте­пе­ни окис­ле­ния всех хи­ми­че­ских эле­мен­тов слева и спра­ва от знака ра­вен­ства оста­лись неиз­мен­ны­ми. Зна­чит, эта ре­ак­ция не яв­ля­ет­ся окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной.

 

     -4 +1      0     +4 -2   +1 -2

 

2. СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

 

В ре­зуль­та­те дан­ной ре­ак­ции сте­пе­ни окис­ле­ния уг­ле­ро­да и кис­ло­ро­да  по­ме­ня­лись. При­чем уг­ле­род по­вы­сил свою сте­пень окис­ле­ния, а кис­ло­род по­ни­зил. За­пи­шем схемы окис­ле­ния и вос­ста­нов­ле­ния:

 

С-4 -8е =С+4       - про­цесс окис­ле­ния

 

О20+4е = 2О-2    - про­цесс вос­ста­нов­ле­ния

 

Чтобы число от­дан­ных элек­тро­нов было равно числу при­ня­тых, т.е. со­блю­дал­ся элек­трон­ный ба­ланс, необ­хо­ди­мо до­мно­жить вто­рую по­лу­ре­ак­цию на ко­эф­фи­ци­ент 2:

 

С-4 -8е =С+4   -  вос­ста­но­ви­тель, окис­ля­ет­ся

 

2О20 +8е = 4О-2  - окис­ли­тель, вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся

 

Окис­ли­тель в ходе ре­ак­ции при­ни­ма­ет элек­тро­ны, по­ни­жая свою сте­пень окис­ле­ния, он вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.

 

Вос­ста­но­ви­тель в ходе ре­ак­ции от­да­ет элек­тро­ны, по­вы­шая свою сте­пень окис­ле­ния, он окис­ля­ет­ся.

 

V. Алгоритм составления ОВР

 

Расставить коэффициенты в реакции, схема которой: HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + H2O

Алгоритм расстановки коэффициентов

1. Указываем степени окисления химических элементов.  Подчёркнуты химические элементы, в которых изменились степени окисления.

2. Составляем электронные уравнения, в которых указываем число отданных и принятых электронов. За вертикальной чертой ставим число электронов, перешедших при окислительном и восстановительном процессах. Находим наименьшее общее кратное (взято в красный кружок). Делим это число на число перемещённых электронов и получаем коэффициенты (взяты в синий кружок). Значит, перед марганцем будет стоять коэффициент-1, который мы не пишем, и перед Cl2 тоже -1. Перед HCl коэффициент 2 не ставим, а считаем число атомов хлора в продуктах реакции. Оно равно - 4.Следовательно, и перед HCl ставим - 4,уравниваем число атомов водорода и кислорода справа, поставив перед H2O коэффициент - 2. В результате получится химическое уравнение:

Рассмотрим более сложное уравнение:

H2S + KMnO4 + H2SO4 =S + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Расставляем степени окисления химических элементов:

Электронные уравнения примут следующий вид  Перед серой со степенями окисления -2 и 0 ставим коэффициент 5, перед соединениями марганца -2, уравниваем число атомов других химических элементов и получаем окончательное уравнение реакции

 

ЦОРы

 

Анимация:“Метод электронного баланса”