Окислительно - восстановительные реакции

Окислительно­восстановительные реакции.           Среди химических реакций , в том числе и в природе, окислительно­ восстановительные реакции (ОВР) являются самыми распространёнными.  Например: фотосинтез, обмен веществ, биологические процессы, а также  сжигание топлива, получение металлов и многие другие.      Чтобы научиться составлять ОВР, необходимо знать несколько понятий –  это валентность, степень окисления и строение электронных оболочек атомов. Рассмотрим их подробнее. Валентность  и степень окисления. Валентность – это свойство атомов одного химического элемента  присоединять или замещать в соединении определённое число атомов другого  элемента.  Валентность бывает постоянной и переменной. Как правило, высшая  валентность элементов соответствует номеру группы в периодической  системе. Но есть и исключения: например, медь и золото находятся в I группе  периодической системы, значит их валентность должна быть равна номеру  группы – 1, но в действительности высшая валентность меди равна 2, а золота  – 3. Например:   I   I           III I               I    II            III   II         III  I         V  II HCl        NH3         Na2O        Al2O3       PH3     P2O5 Cтепень окисления – это условный заряд атома в веществе при условии, что  все связи ионные. Количественно степень окисления атомов элемента в соединении  определяется числом присоединённых к атому или смещённых от атома  электронов. При отсутствии электронов степень окисления будет нулевая,  при смещении электронов в сторону данного атома – отрицательная, а при  смещении от данного атома – положительная. Определяя степень окисления атомов необходимо знать следующие правила: 1. Высшая степень окисления равна номеру группы, когда в образовании  связей берут участие все валентные электроны атома (кроме Cu, O,  F). 2. В молекулах простых веществ и металлов степень окисления атомов  равна  0.   Например:  Na0 ,  Cl2 0 , Al0 , S0  . 3. Водород во всех соединениях имеет степень окисления равную +1  ( исключения: в гидридах активных металлов  ­1).                   Например: H+1 Cl ,   H2 +1 S ,   NaH­1    . 4. Кислород во всех соединениях имеет степень окисления равную  ­2  (исключения:  ОF2  и в пероксидах  металлов +2 и ­1).                 ­1 Например:   О+2 F2 , Na2О2 5. Для ковалентного соединения, более электроотрицательный атом имеет  степень окисления со знаком  «­» , а менее элктроотрицательный – со  знаком «+».   6. Для комплексных соединений указывают степень окисления  центрального атома. 7. Сумма степеней окисления атомов в молекуле равна 0. Необходимо запомнить элементы, для которых характерны неизменные  степени окисления. Все они перечислены в таблице. Элемент Характерная степень окисления H F O Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Al +1 ­1 ­2 +1 +2 +3 Исключения Гидриды металлов: LIH­1   F2O+2; пероксиды, надпероксиды, озониды       № 1. Определите степень окисления элементов в H2SO4. Решение. Степени окисления водорода и кислорода уже известны: H(+1) и O(­2). Составляем уравнение для определения степени окисления  серы: 2*(+1) + х + 4*(­2) = 0. Решая данное уравнение, находим: х = +6.  Ответ: H+1 2S+6O­2 4.  № 2.Рассчитайте степени окисления всех элементов в молекуле Al(NO3)3. Решение. Алгоритм остается неизменным. В состав "молекулы" нитрата  алюминия входит один атом Al(+3), 9 атомов кислорода (­2) и 3 атома азота, степень окисления которого нам и предстоит вычислить. Соответствующее  уравнение: 1*(+3) + 3х + 9*(­2) = 0. Ответ: Al+3(N+5O­2 3)3.  Химические реакции, которые осуществляются с изменением степени  окисления элементов, называются окислительно­восстановительными.                              Окисление – это процесс потери электронов атотом, ионом или молекулой,  что приводит к повышению степени окисления. Zn0 ­ 2е = Zn2+ S­2 ­ 2е = S0 Al0 ­ 3e = Al 3+ Восстановление – это процесс, при котором атом, ион или молекула  приобретают электроны,  что приводит к понижению степени окисления. Ca2++ 2e = Ca0 0 + 2e = 2Cl­ Cl2 Fe3+ + e = Fe2+ Окислители – соединения , принимающие эдектроны в ходе химической  реакции, а восстановители – отдающие электроны моединения.  Восстановители во время реакций окисляются, а окислители –  восстанавливаются. Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу  электронов, присоединяемых окислителем. Сущность ОВР – перемещение электронов от одних веществ к другим,  сопровождающихся изменением степеней окисления атома или ионов.      Существуют два метода составления окислительно ­ восстановительных  реакций ­ метод электронного баланса и метод полуреакций. Рассмотрим  метод электронного баланса. 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. Рассмотрим этот метод на примере. 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 коэффициент­1, 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. 3. В результате получится химическое уравнение: ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ №1. Определите степень окисления атомов химических элементов по  формулам их соединений: H2S, O2, NH3, HNO3, Fe, K2Cr2O7 №2. Даны схемы уравнений реакций: а) СuS + HNO3(разбавленная) = Cu(NO3)2 + S + NO + H2O б) K + H2O = KOH + H2 Расставьте коэффициенты в реакциях используя метод электронного баланса.  Укажите вещество ­ окислитель и вещество ­ восстановитель.