Окислительно-восстановительные реакции

1. Составляла: Марина Зобнина Основные понятия и проверочная работа Окислительно-восстановительные реакции

2. это реакции, сопровождающиеся переходом электронов от одних атомов (или ионов) к другим атомам (или ионам), в результате которых изменяется состояние окисления атомов (или ионов) Первоначально окислением назывались только реакции веществ с O2, а восстановлением — реакции, в результате которых вещество теряло атом кислорода. С введением в химию электронных представлений понятие окислительно-восстановительных реакций распространилось и на реакции без участия кислорода.

3. Окисление и восстановление – сопряженные процессы. • Окислители – химические частицы, присоединяющие электроны. При этом сами они восстанавливаются («взял – восстановился») • Восстановители – химические частицы, отдающие электроны. Они при этом окисляются («отдал – окислился») Окисление и восстановление – это такие два полупроцесса, самостоятельное существование каждого из которых невозможно, однако их совместное протекание обеспечивает реализацию единого окислительно-восстановительного процесса.

4. Примеры: • 2Na0 + Cl20 = 2Na+Cl- 2Na0 – 2e 2Na+ Cl20 + 2e 2Cl- • S0 + O20 = S+4 O2-2 S0 – 4e S+4 O20 + 4e 2O-2 окисление (восстановитель) восстановление (окислитель) окисление (восстановитель) восстановление (окислитель)

5. Неметаллы могут быть и окислителями, и восстановителями в зависимости от условий S0 + H20 = H2+1 S-2 S0 + O20 = S-4 O2-2 окислитель восстановитель Атомы металлов легко отдают свои электроны. Это объясняется особенностью строения атома металлов. У металлов большой радиус от ядра до электрона и небольшое количество электронов на внешнем уровне из этого следует то, что у электрона притяжение к ядру небольшое, поэтому металлы всегда восстановители. Восстановительные свойства металлов удобно сравнивать, используя электрохимический ряд напряжений. восстановительная способность элементов возрастает катионы металлов IА – IIIA-групп окислительных свойств не проявляют

6. Правила определения степени окисления • В простых вещ.(N2 Cl2 O2 ) электроны обобществлены поровну одноименными атомами, т.е. нет смещения связующих электронов, поэтому степень окисления равна 0 • В нейтральных молекулах алгебраическая сумма всех степеней окисления равна 0 • Степень окисления одноатомного (простого) иона типа Ca2+совпадает с зарядом иона (2+ в данном случае) • Во всех соединениях щелочные металлы имеют степень окисления +1, щелочноземельные +2 • Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1, а в солеобразных гидридах (CaH2 NaH) степень равна -1

7. Фтор – наиболее электроотрицательный элемент; в соединениях с другими элементами он имеет степень окисления -1 • Кислород в своих соединениях проявляет степень окисления -2. исключение составляет OF2, где степень окисления кислорода +2 • Сумма степеней окисления всех атомов, входящих в ион, определяет полный заряд частицы. Это позволяет установить неизвестные степени окисления различных атомов в молекуле. • Высшая положительная степень окисления атомов элементов определяется номером группы. Исключение составляют элементы подгруппы меди (Cu, Ag, Au), O, F, а так же металлы VIII-группы. • При написании уравнений химической реакций всегда должно соблюдаться правило сохранения алгебраической суммы степеней окисления всех атомов. Если у одного компонента реакции степень окисления повышается, то у его партнера по реакции степень должна понижаться

8. Составление уравнений окислительно-восстановительных процессов метод электронного баланса ионно-электронный метод (метод полуреакций) подсчет присоединяемых и отдаваемых электронов проводится в соответствии со значениями степеней окисления до и после реакции окисление и восстановление рассматриваются как самостоятельные процессы, каждый из которых отражает половину полного уравнения

9. Метод электронного баланса • Записывают схему реакции с указанием в левой и правой частях степеней окисления атомов элементов, участвующих в процессах окисления и восстановления: KMgO4 + KI + H2 SO4 K2 SO4 + MgSO4 + I2 + H2 O Степень окисления изменяют только марганец и йод • Определяют число электронов, приобретаемых или отдаваемых атомами или ионами: Mn + 5e Mn (восстановление) 2I – 2e I2 (окисление) • Уравнивают число присоединенных и отданных электронов введением множителей, исходя из наименьшего кратного для коэффициентов в процессах окисления и восстановления: • Mn + 5e Mn I – e I 5 Mn + 5I Mn + 5I +7 -1 +2 0 +7 +2 +7 +2 2 -1 0 5 +7 -1 +2 0

10. +7 +2 -1 0 -1 • Переход Mg в Mg сопровождается присоединением 5 электронов, а переход I в I – потерей 1 электрона. Следовательно, на 1 моль Mg(VII) требуется 5 моль I. Полученные же множители - 1 для Mg(VII) и Mg(II) и 5 для I и I – являются соответствующими коэффициентами при окислителе KMgO4и восстановителе KI. Так как в результате реакции образуется 1 моль I2 , для чего требуется 2 моль I, то полученные коэффициенты надо удвоить. • Найденные коэффициенты подставляют в уравнение реакции перед соответствующими формулами веществ в левой и правой частях. • Для серной кислоты (в левой части), сульфата калия и воды (в правой части) подсчет коэффициентов проводят сравнением числа атомов или ионов в левой и правой частях схемы. Исходя из электронного баланса, переносим в схему полученные коэффициенты перед соответствующими компонентами: 2KMgO4 + 10KI + H2 SO4 K2 SO4 + 2MgSO4 + 5I2 + H2 O -1 0 -1

11. В левой части число ионов соответствует 12, а в правой – 2. поэтому в правой части перед H2 SO4 записывается коэффициент 6. в правой части число сульфат-ионов равно 8, следовательно, в реакцию должны вступить 8 моль серной кислоты, поэтому в левой части для серной кислоты подставляем коэффициент 8. так как число водородных атомов в левой части теперь равно 16, то для воды соответствует коэффициент 8. • В результате запишем суммарное уравнение: 2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 + 8H2 O Иногда способ учета полного изменения степеней окисления не позволяет правильно составлять уравнения реакций, в которых одно из веществ, участвующих в реакции, выполняет сразу две функции – окислителя (или восстановителя) и солеобразователя

12. Ионно-электронный метод • В соединениях, участвующих в реакции окисления-восстановления, определяют не степень окисления соответствующих атомов, а заряды ионов: KMgO4 + KI + H2 SO4 K2 SO4 + MgSO4 + I2 + H2 O или в ионной форме: K+ + MgO4- + K+ + I- + 2H+ + SO42- Mn2+ + SO42- + I2 + 2K+ + SO42- + H2 O • Составляют ионную схему реакции, определив окислитель и восстановитель и указав при этом только ионы, реально участвующие в реакции: • MgO4- + I- + H+ Mn2+ + I0 + H2 O отсюда видно, что ионы MgO4- восстанавливаются до Mn2+, а I- окисляется до I0 • Участие в реакции иона водорода говорит о том, что процесс протекает в кислой среде. Это очень важно для дальнейших рассуждений.

13. Составляют электронно-ионные уравнения для каждой полуреакции, учитывая при этом, что если исходное вещество содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то в левую часть полуреакции добавляют столько ионов водорода, сколько нужно для связывания необходимого числа кислорода (это возможно, так как среда кислая), при этом в правую часть полуреакции добавляют соответствующее число молекул воды: MgO4- + 8H+ + 5eMn2++ 4 H2 O Число электронов, указываемых в каждой полуреакции, должно быть равно суммарному изменению зарядов ионов в соответствующем процессе. Вторая полуреакция: 2 I-- 2eI20 Уравнение каждой полуреакции умножают на такой множитель, чтобы число электронов в процессе восстановления было равно числу электронов в процессе окисления. После этого уравнения обоих полуреакций почленно суммируют и получают сбалансированное уравнение каждой реакции:

14. 5 (окисление) 2 I-- 2eI20 MgO4- + 8H+ + 5eMn2++ 4 H2 O 2 (восстановление) 10I-+ 2MgO4-+ 16H+ = 5I2+ 2Mn2++ 8H2 O Полученные коэффициенты записывают в основное уравнение перед соответствующими веществами: 2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 + 8H2 O • Если среда кислая, число атомов кислорода может балансироваться также молекулами воды. В уравнениях реакций, протекающих в щелочной среде, число атомов кислорода в полуреакциях балансируется либо OH-ионами, либо молекулами воды, а в нейтральной среде – только молекулами воды

15. Типы окислительно-восстановительных реакций межмолекулярные внутримолекулярные реакции диспропорционирования

16. Межмолекулярные реакции Это реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в различных молекулах. Этот тип реакций наиболее распространенный и составляет самую обширную группу 2KMgO4 + 10KI + 8H2 SO4 = 2MgSO4 + 5I2 + 6K2 SO4 + 8H2 O 4Mg + 2HNO3 + 8HNO3 = 4Mg(NO3)2 + N2 O + 5H2 O BeF2 + Mg = Be + MgF2 3BaO + 2Al = Al2 O3 + 3Ba

17. Внутримолекулярные реакции Реакции, которые сопровождаются изменением степени окисления разных атомов в одной и той же молекуле. Чаще всего по такому механизму протекают реакции термического разложения молекул 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 2KClO3 = 2KClO + 3O2 NH3 NO3 = N2O + 2H2 O

18. Реакция диспропорционирования(самоокисление – самовосстановление) Это реакции, в которых происходит одновременное изменение степени окисления атомов одного и того же элемента. Обязательным условием реализации таких окислительно-восстановительных реакций должно быть присутствие в молекуле атома, имеющего степень окисления, промежуточную между минимальной и максимальной степенями окисления. 2Cl2 0 + 6KOH = 5KCl-5 + KClO3+5 + 3H2 O 3HNO2+2 = HNO3+5 + 2NO+2 +H2 O 4Na2 SO3+4 = 3Na2 SO4+6 + Na2S-9

19. Вопросы: • Какие химические реакции называют окислительно-восстановительными? • Какие вещества выполняют роль восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях? Приведите примеры. • Алюминий взаимодействует с концентрированными щелочами по реакции Al + NaOH + H2 O = NaAlO2 + H2 . Составьте уравнение электронного баланса, подберите коэффициенты и рассчитайте массу алюминия, необходимую для получения 6,72 л водорода. • Как сильный окислитель азотная кислота окисляет многие неметаллы. Так, взаимодействие с йодом протекает по реакции I2 + HNO3 = HIO3 + NO + H2 O. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции и рассчитайте массу прореагировавшего йода, если выделилось 2,8 л оксида азота(II).

20. Творческое задание:вставьте необходимые по смыслу слова. Окисление – процесс ___ электронов, восстановление – процесс ___ электронов. Окислитель – вещество, принимающее ___ , то есть он содержит атомы элемента, который ___ свою степень окисления при протекании реакции. Восстановитель – вещество, отдающее ___ , то есть он содержит атомы элемента, который ___ свою степень окисления при протекании реакции. Таким образом, в ходе протекания реакции окислитель сам ___ , а восстановитель – ___.

21. Наконец, все!