ОКИСЛИТЕЛЬНО- ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ «Химическое превращение, химическая реакция есть главный предмет химии» Н.Н. Семёнов

Что должны знать учащиеся Степень окисления. Правила вычисления степеней окисления. Окислители и восстановители. Процессы окисления и восстановления. Типы окислительно- восстановительных реакций. Метод электронного баланса.

ЗНАЧЕНИЕ ОВР При помощи ОВР получают металлы, неорганические и органические соединения, проводят анализ различных веществ, очищают многие вещества, природные и сточные воды, газовые выбросы электростанций и заводов и т.д.

Окислитено-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления (С.О.)- это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все связи в соединении являются чисто ионными.

Правила для определения степеней окисления 1. Атомы в молекулах простых веществ (H 2, O 2, Fe), проявляют С.О. равную нулю. 2. Фтор во всех соединениях проявляет С.О Металлы I, II группы главной подгруппы, алюминий проявляют С.О., соответственно, +1, +2, Водород в соединениях проявляет С.О. +1, за исключением гидридов щелочных и щелочноземельных металлов(NaH -, CaH 2 - ). 5. Кислород в соединениях проявляет С.О. -2, за исключением фторида кислорода OF 2, пероксидов H 2 O Сумма С.О. всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю. 7. Сумма С.О. всех атомов, входящих в состав иона, равна заряду этого иона.

Степень окисления и валентность С.О. часто не совпадает с валентностью элемента (на примере азота) : Соединение ВалентностьС.О. N2N2 30 NH N2H4N2H4 3-2 NH NH 2 OH3

Определите степень окисления атомов элементов в соединениях FeS 2, KO 2, AsH 3, SbOCl, CuI, [Pt(NH 3 ) 3 Cl]Cl, (NH 4 ) 2 [Pt(OH) 2 Cl 4 ] Fe 3 O 4, KO 3, CS 2, Na 2 S 2 O 3, KH 2 PO 4, [Co(NH 3 ) 5 Br]SO 4, K 2 [Pt(OH) 5 Cl]

ПРОЦЕСС ОКИСЛЕНИЯ Окисление сопровождается отдачей электронов. Вещества, отдающие электроны, называются восстановителями.

ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ Восстановление сопровождается присоединением электронов. Вещества, принимающиеся электроны, называются окислителями.

Восстановители Вещества, содержащиеся атомы в низших С.О., могут быть только восстановителями, т.е. только отдавать электроны. Примеры: H 2 S, NH 3, C, H 2, СO, металлы и др.

Окислители Вещества, содержащие атомы в высших степенях окисления, могут быть только окислителями, т.е. только принимать электроны. Примеры: КMnO 4, K 2 CrO 4, HNO 3, KClO 3, KClO 4, H 2 SO 4 (конц), O 2, O 3, MnO 2, PbO 2 и др.

Окислители-восстановители Вещества, содержащиеся атомы в промежуточных С.О., могут быть как окислителями, так и восстановителями. Примеры: Na 2 SO 3, NaNO 2, Na 3 AsO 3 и др.

ОВР – ОСНОВА ЖИЗНИ Фотосинтез происходит вследствие поглощения солнечного света зелёным красителем хлорофиллом, содержащимся в листьях растений. 6CO 2 + 6H 2 O=С 6 Н 12 О 6 +6О 2, Нº 298 =2815 к Дж

ДЫХАНИЕ Совокупность процессов, обеспечивающих поступление из атмосферного воздуха в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

ПРОЦЕССЫ ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОРГАНИЗМЕ (ПИТАНИЕ) Превращение глюкозы - основной поставщик энергии для процессов жизнедеятельности организма. Окисление глюкозы до СО 2 и Н 2 О (аэробный распад). С 6 Н 12 О О 2 6 СО 2 + Н 2 О к Дж/моль.

ОВР В МЕДИЦИНЕ 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 катализатором этой реакции, является кровь, что и служит основой использования H 2 O 2 как антисептика (выделяющийся кислород убивает анаэробные бактерии).

РЕСТАВРАЦИЯ КАРТИН

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Для уничтожения болезнетворных бактерий, вирусов и микроорганизмов, вызывающих биологическое обрастание трубопроводов, воду обрабатывают окислителями. Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl

ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ОВР обеспечивают основную часть энергопотребления человечества за счёт сжигания органического топлива( в котлах тепловых электростанций, в двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях ракет).

ОВР В МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНАХ, НОУТБУКАХ И Т.Д. Аккумуляторы, применяемые в качестве элементов питания сотовых телефонов: Никель-кадмиевые (NiCd) (nickel cadmium) Никель-металлогидридные (NiMH) (nickel metal-hydride) Литий-ионные (Li-Ion) (lithium ion)

АККУМУЛЯТОРЫ Аккумулятор это источник постоянного электрического тока, в котором химическая энергия превращается в электрическую. Аккумуляторы кислотные и щелочные.

ОВР В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ 1. Получение оксида этилена: CH 2 =CH 2 + O 2 = C 2 H 4 O 2. Окисление пропилена в акролеин: CH 3 -CH=CH 2 + O 2 = CH 2 =CH-COH + H 2 O 3. Синтез метанола 2H 2 + CO = CH 3 OH

УЩЕРБ ОТ ОВР ОВР протекающие в природе и технике, нередко наносят огромный ущерб человеку и окружающей его среде.

КОРРОЗИЯ 2H 2 O + 2e OH + H 2 O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH

ПОЖАРЫ

КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 SO 3 + Н 2 O = Н 2 SO 4 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 2Н 2 SО 3 + О 2 = 2Н 2 SO 4 2NО 2 + Н 2 О = НNО 3 + НNО 2

1. Реакции межмолекулярного окисления- восстановления (окислитель и восстановитель разные вещества). 2. Реакции диспропорционирования (одновременное увеличение и уменьшение С.О. атомов одного и того же элемента). 3. Реакции внутримолекулярного окисления – восстановления (изменяются С.О. атомов одного и того же соединения). 4. Реакции конпропорционирования (два вещества, содержащие атомы одного и того же элемента в разных С.О., при этом образуется вещество, содержащее атомы того же элемента в промежуточной степени окисления. КЛАССИФИКАЦИЯ ОВР

ОВР могут протекать: В растворах: 3Na 2 SO 3 +K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 = 3Na 2 SO 4 +Cr 2 (SO 4 ) 3 +K 2 SO 4 +4H 2 O В газообразном состоянии: 4NH 3 +3O 2 =2N 2 +6H 2 O С участием твёрдых веществ: 5Ca+Nb 2 O 5 =5CaO+2Nb

Метод электронно-ионных уравнений 1. Найти элементы, у которых изменяется СО. 2. Составить полуреакции окисления и восстановления 3. Сделать электронный баланс, т. е. подобрать коэффициенты, на которые необходимо умножить полуреакции окисления и восстановления. 4. Умножить полуреакции на коэффициенты электронного баланса. Затем сложить их и получить сокращенное ионное уравнение ОВР. 5. Сокращенное ионное уравнение сложить с дополнительным ионным уравнением и получить полное ионное уравнение. 6. Записать молекулярное уравнение.

Составление полуреакций окисления и восстановления В растворе среда может быть кислой, щелочной или нейтральной. Если среда кислая, разрешены частицы : Н +, Н 2 О. Если среда щелочная, разрешены частицы : ОН -, Н 2 О. Если среда нейтральная, в схеме полуреакции слева можно писать только Н 2 О. Справа могут появиться или Н + или OH -.

Метод электронно-ионных уравнений Среда Избыток кислорода Недостаток кислорода Левая часть уравнения Правая часть уравнения Левая часть уравнения Правая часть уравнения КислаяН+Н+ Н2ОН2ОН2ОН2ОН+Н+ ЩелочнаяН2ОН2ООН - Н2ОН2О НейтральнаяН2ОН2ООН - Н2ОН2ОН+Н+

Н2О2Н2О2 Н2О2Н2О2 Среда ОкислительВосстановитель Кислая Н 2 О 2 +2Н + +2 е=2Н 2 О Н 2 О 2 -2 е=О 2 +2Н + ЩелочнаяН 2 О 2 +2 е=2ОН - Н 2 О 2 +2ОН - -2 е=О 2 +2Н 2 О Нейтральная Н 2 О 2 +2 е=2ОН - Н 2 О 2 -2 е=О 2 +2Н +