Химия окислительновосстановительные реакции

ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА
Дать понятия:
степени окисления элементов в простых и сложных веществах;
о восстановителях и окислителях;
о процессах окисления и восстановления.
Рассмотреть влияние среды на состав продуктов окислительно-восстановительных реакций (ОВР).
Привести правила написания уравнений ОВР в разных средах.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

СОДЕРЖАНИЕ
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Степень окисления. Правила расчета степени окисления
Основные понятия
Окислительно-восстановительные свойства соединений
Составление уравнений ОВР:
в кислой;
в щелочной;
в нейтральной средах;
правила использования среды
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (ОВР)
Два типа химических реакций
реакции обмена ─ реакции, протекающие без изменения степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ
ОВР ─ реакции, в которых степени окисления атомов элементов изменяются
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ВЫСШАЯ И НИЗШАЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
Номер группы в периодической системе равен числу валентных электронов атома элемента (за исключением элементов IБ, VIIIБ подгрупп, кислорода и фтора)
Высшая степень окисления металлов равна номеру группы, за исключением элементов I Б и VIII Б подгрупп (высшая с.о. Cu, Au +3, Ag +2, высшая с. о. элементов VIII Б подгруппы, равная номеру группы, известна для Os, высшая с. о. Fe +6)
Низшая степень окисления равна 0
Sn − элемент IVА подгруппы, металл. Высшая с.о. = +4, низшая с.о. = 0
Mn − элемент VIIБ подгруппы, металл. Высшая с.о. = +7 низшая с.о. = 0
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ВЫСШАЯ И НИЗШАЯ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ НЕМЕТАЛЛОВ
Высшая степень окисления неметаллов равна номеру группы (исключение составляют кислород и фтор)
Низшая (отрицательная) степень окисления равна заряду электронов, недостающих до завершения внешнего энергетического уровня атома до восьми электронов
(т.е. № группы − 8).
Se− элемент VIА подгруппы, неметалл.
Высшая с.о. = +6, низшая с.о. 6 − 8 = −2
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ПРАВИЛА РАСЧЕТА СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

С.о. в сложных веществах:
атомов элементов IA подгруппы +1 (Na+, K+);
IIA подгруппы +2 (Be+2, Mg+2, Ca+2);
IIIA подгруппы +3 (B+3, Al+3, Ga+3);
атомов кислорода равна –2, за исключением пероксидов (–1 ) и соединений со фтором (+2);
атомов водорода в соединениях с неметаллами равна +1 (HCl, H2S), в соединениях с металлами равна –1 (LiH);
атомов фтора равна –1 (HF)
ПРАВИЛА РАСЧЕТА СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
Расчет с. о. хлора в хлорате калия KClO4
Степень окисления
кислорода −2
калия +1
хлора х
Расчет с. о. хрома в дихромат-ионе Cr2O72−
Степень окисления
кислорода −2
хрома х
+1 + x + 4(−2) = 0
x = 7
с.о. хлора +7
2х + 7(−2) = −2
x = 6
с.о. хрома +6
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Восстановитель (Red) − частица (атом, молекула, ион), которая отдает электроны.
Окислитель (Ox) – частица (атом, молекула, ион), которая принимает электроны.
Окисление – отдача электронов и, следовательно, повышение степени окисления элемента.
Восстановление – присоединение электронов и, следовательно, понижение степени окисления элемента.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ПРИМЕР
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
Только восстановителями являются:
металлы:
Na0, Ca0, Al0, Fe0…
простые отрицательно заряженные ионы:
Cl−, Br−, I−, S2− ...
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Для реакций, протекающих в растворах электролитов, используют метод электронно-ионного баланса: количество отданных восстановителем электронов должно быть равно количеству электронов, принятых окислителем.
Al0 + H+1Cl → Al+3Cl3 + H20
Al0 – восстановитель;
H+ − окислитель.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

СОСТАВЛЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Электронно-ионная схема:
2 Al0 ─ 3ē = Al3+
3 2H+ + 2ē = H20
2Al0 + 6H+ = 2Al3++ 3H20
2Al0 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H20
Реакции протекают в кислой, щелочной и нейтральных средах.
Необходимо учитывать при составлении уравнений этим методом
правила написания ионных уравнений.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР В КИСЛОЙ СРЕДЕ
Как правило, кислая среда создается добавлением разбавленной H2SO4:
K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 → Cr3+ + SO42−
Порядок расстановки коэффициентов:
Записываем левую часть уравнения в ионном виде:
2K+ + Cr2O72– + 2Na+ + SO32– + 2H+ + SO42– → Cr3+ + SO42–
Данная запись необходима для того, чтобы определить реально существующие частицы в растворе и использовать их при составлении уравнений полуреакций.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР В КИСЛОЙ СРЕДЕ
Рассчитываем степени окисления атомов элементов, которые ее изменяют.
Определяем окислитель (Ox) и восстановитель (Red):
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР В КИСЛОЙ СРЕДЕ
Записываем схемы переходов:
Уравниваем число атомов элементов, изменяющих степень окисления и указываем количество отданных и принятых ē:
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

Cr2O72–+ 3SO32– + 14Н+ + 3Н2О → 2Cr3+ + 3SO42– + 6Н+ + 7Н2О
Cr2O72–+ 3SO32– + 8Н+ → 2Cr3+ + 3SO42– + 4Н2О
K2Cr2O7 + 3Na2SO3+ 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4Н2О
ОВР В КИСЛОЙ СРЕДЕ
Уравниваем число атомов кислорода в левой и правой частях полуреакций, учитывая, что в кислой среде присутствуют ионы Н+ и молекулы Н2О.
Правило: в кислой среде в ту часть уравнения полуреакций, в которой недостает n атомов кислорода, добавляем nН2О, а в противоположную часть записываем 2nН+.
Используя принцип электронного баланса, выводим коэффициенты:
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
Обычно среда создается добавлением гидроксида натрия или калия. В растворе присутствуют ионы ОН– и молекулы Н2О. Поэтому в уравнениях полуреакций не должно быть Н+!
Правило для щелочной среды:
Недостающие в правой или в левой части n атомов кислорода вводим 2n гидроксид-ионов (ОН–), а в противоположную часть полуреакции записываем n молекул Н2О.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ПРИМЕР ОВР В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
2CrO2– + ClO3–+ 8ОН– + 3Н2О = 2CrO42– + Cl– + 4Н2О + 6ОН–
2CrO2– + ClO3– + 2ОН– = 2CrO42─ + Cl– + Н2О
2KCrO2 + КClO3 + 2КОН = 2К2СrО 4 + КСl + Н2О
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ОВР В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ
В нейтральной среде недостающие атомы кислорода и водорода в левой части полуреакций восполняют n молекулами H2O, а в правой части образуется 2n ионов H+ и 2n ОН–.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

3Mn2+ + 2MnO4─ + 10Н2О = 5MnO2 + 12Н+ + 8ОН– 8Н2О + 4H+
ПРИМЕР ОВР В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ
3Mn2+ + 2MnO4─ + 2Н2О = 5MnO2 + 4Н+
3MnSO4 + 2KMnO4 + 2Н2О = 5MnO2 + K2SO4+ 2Н2SO4
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ПРАВИЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДЫ
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ВЫВОДЫ
Окислительно-восстановительные реакции − реакции, в которых изменяются степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.
Окислитель − частица (атом, молекула, ион), которая принимает электроны; окислитель в ходе реакции восстанавливается. Восстановитель − частица (атом, молекула, ион), которая отдает электроны; восстановитель в ходе реакции окисляется.
Различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций:
межмолекулярные
внутримолекулярные
диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления)
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции

ВЫВОДЫ
Для вывода коэффициентов в уравнениях ОВР, протекающих в кислой, щелочной и нейтральной средах, используют метод электронно-ионного баланса.
При составлении уравнений этим методом применяют правила написания ионных уравнений.
Процессы окисления и восстановления записывают в виде двух уравнений полуреакций, суммирование которых позволяет вывести краткое ионное и молекулярное уравнения ОВР.
Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А. Окислительно-восстановительные реакции