ЛК 2_окислительно-восстановительные процессы

План:
Понятие об ОВР
Степень окисления
Окислители и восстановители.
Классификация ОВР.
Факторы, влияющие на протекание ОВР
Значение ОВР для человека.

Окислительно – восстановительные реакции –это такие химические реакции, в которых происходит передача ЭЛЕКТРОНОВ от одних частиц (атомов, молекул, ионов) к другим, в результате чего изменяется степень окисления атомов, входящих в состав этих частиц.
Степень окисления – формальный заряд, который можно приписать атому, входящему состав какой – либо частицы, исходя из (гипотетического) предположения о чисто ионном характере связи в данной частице

Правила расчета степени окисления (СО):
1. Сумма СО всех атомов в молекуле равна нулю, в ионе – заряду иона.
2. СО простых веществ равна нулю.
3. СО щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) в соединениях равна + 1.
4. СО водорода в соединениях равна +1, за исключением гидридов: Са2+Н2-1
5. СО кислорода в соединениях равна -2, за исключением перекисей: Н2О2

Степени окисления

Окислитель (Ox) – частица, которая в ходе ОВР приобретает электроны
Восстановитель (Red) – частица, которая в ходе ОВР отдает электроны.

Восстановление – процесс, в ходе которого окислитель приобретает электроны и переходит в сопряженную восстановленную форму.
Окисление – процесс, в ходе которого восстановитель отдает электроны и переходит в сопряженную окисленную форму.
В любой ОВР всегда принимают участие две пары конкурирующих за электроны сопряженных окислителей и восстановителей (редокс - пары).

Классификация ОВР
Межмолекулярная ОВР — реакция, в которой разные атомы в различных веществах подвергаются окислению и восстановлению:
Н2S + Cl2 → S + 2HCl
Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества:
2H2O → 2H2 + O2
Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель:
Cl2 + H2O → HClO + HCl
2H2O2 → 2H2O + O2
Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления:
Na2SO3 + 2Na2S + 6 HCl = 3S + 6NaCl + 3H2O
Реакции смешанного типа
NH4NO3 → N2O + 2H2O

Факторы, влияющие на протекание ОВР:
Природа вещества
Среда
Редокс-потенциал
Партнер

рН среды или водородный показатель
H2O = H+ + OH-

Влияние среды на протекание ОВР

Чем больше E0 , тем сильнее Ox как окислитель и слабее Red как восстановитель
В любой ОВР всегда принимают участие две пары конкурирующих за электроны сопряженных окислителей и восстановителей (редокс - пары).

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал (Е0)
определяется как электродный потенциал относительно стандартного водородного потенциала
По определению: E (H+ /H2 ) = 0.000 В
Пример:
E (Zn2+ / Zn) = –0.760 В
E (Cu2+ / Cu) = +0.337 В

ЭДС= nFE,
Уравнение Нернста

ОВР – уравнивание химических реакций или что – то еще?
Способы уравнивания химических реакций:
- алгебраический (просто, но долго и не дает понимания сути)
- метод электронного баланса,
- метод электронно – ионного баланса

Метод электронно – ионного баланса
при составлении полуреакций используют ионы и (или) молекулы, присутствующие в растворе.
Алгоритм:
Найти частицы, атомы которых меняют СО и составить полуреакции с их участием (необходимо учитывать электролитическую диссоциацию и рН среды).
Уравнять полуреакции, добиваясь -материального баланса (можно использовать молекулы воды, в кислой среде – протоны, в щелочной – гидроксид- анионы, в расплавах – O2-, орг. вещ-ва – [O]) -баланса по зарядам, то есть равенства суммарных зарядов всех ионов и переданных электронов в левой и правой Частях уравнения
Умножить полуреакции на коэффициенты, обеспечивающие равенство принятых и отданных электронов.
Сложить полуреакции, добавить нужные противоионы, если нужно, записать в «молекулярной» форме.

Значение ОВР для человека
Химический источник тока
ХИТ или гальванический элемент – система, в которой энергия химической реакции преобразуется в электрическую

Литий – воздушный аккумулятор:

Принцип работы Li-ion аккумулятора

Химические процессы Li-ion аккумуляторов
При заряде Li-ion аккумулятора происходят реакции:
на положительных пластинах:
LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe
на отрицательных пластинах:
С + xLi+ + xe- →CLix
• где х – степень интеркаляции (на первых 4-5 циклах имеет величину 0,5 < x < 1,6, а на последующих 0,3 < x < 0,8).
При разряде Li-ion происходит деинтеркаляция (извлечение) ионов лития из углеродного материала (на отрицательном электроде) и интеркаляции ионов лития в оксид (на положительном электроде).
При заряде процессы идут в обратном направлении. Следовательно, во всей системе отсутствует металлический (нуль-валентный) литий, а процессы заряда и разряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой. Поэтому такие аккумуляторы называются «литий-ионными»

Выводы:
Окислительно-восстановительные равновесия характеризуются окислительно-восстановительными потенциалами
ОВР имеют огромное значение в технологических процессах и жизни человека.
Существуют вещества, проявляющие окислительно-восстановительную двойственность.
На протекание ОВР оказывают влияние многие факторы.