Lektsii_khimia / 15_ОВР
.pdf
ЛЕКЦИЯ 15 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные определения
Окислительно-восстановительные реакции.
Степень окисления элементов. Расчет степени окисления.
Возможные степени окисления элементов.
Окислитель и восстановитель, окисление и восстановление.
Типы окислительно-восстановительных реакций.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Окислительно-восстановительные реакции
Все химические реакции можно разделить на две группы:
реакции, в которых степень окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, не изменяется
3 |
1 |
1 |
2 |
1 |
3 |
2 |
1 |
1 |
1 |
FeCl3 |
3Na O H |
Fe(O H)3 |
3NaCl ; |
||||||
реакции, в которых степень окисления атомов изменяется
2 |
6 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
6 |
2 |
2Cu S O4 |
4 K I 2Cu I I2 |
2 K 2 S O4 |
||||||||
Окислительно-восстановительные реакции 
это реакции, в которых изменяются степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.
Степень окисления. Расчет степени окисления
Степень окисления – заряд, который имел бы атом элемента в соединении при условии, что каждая общая электронная пара полностью
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
7 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
смещена к более электроотрицательному атому. Степень окисления нельзя отождествлять с эффективными зарядами атомов и валентностью.
Степень окисления обозначают над символом элемента арабской цифрой
2 6 2
со знаком + или перед цифрой (Cu S O4 ) или римской цифрой без указания
I V II
знака заряда (K ClO3 ) . Заряд простого иона в растворе, равный степени
окисления, обозначают арабской цифрой, знак заряда принято ставить после цифры (Sn2+, Fe3+).
При расчете степени окисления принимают, что вещества состоят из ионов. Степень окисления рассчитывают, руководствуясь следующими
правилами:
алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, а
в ионе – заряду иона;
степень окисления атомов в простых веществах (Cu, Al, C, S, H2, N2 и др.)
равна нулю;
степень окисления в сложных веществах
-атомов элементов IA подгруппы +1, IIA подгруппы +2;
-атомов кислорода равна 2, за исключением пероксидов,
надпероксидов, озонидов и соединений с фтором, в которых степень
окисления кислорода равна соответственно 1, 1/2, 1/3, +2;
-атомов водорода в соединениях с неметаллами равна +1, в соединениях
сметаллами равна -1;
-атомов фтора равна –1.
Пример. Определите степень окисления а) марганца в манганате калия
K2MnO4; б ) хрома в дихромат-ионе Cr2O72 .
Решение. а) Обозначим x – степень окисления (с.о.) марганца. Принимая
во внимание, что с.о. калия +1, кислорода |
2, а алгебраическая сумма с.о. всех |
|||||||||||||||||
атомов равна нулю, составляем уравнение |
|
2(+1) + x + 4( 2) = 0, |
откуда |
|||||||||||||||
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = 8 – 2 = 6. Степень окисления марганца +6.
б) Обозначим x – степень окисления (с.о.) хрома. Алгебраическая сумма с.о. всех атомов в молекуле равна заряду иона: 2x + 7( 2) = 2, откуда x = 6. С.о. хрома равна +6.
Большинство элементов могут быть в разных степенях окисления. Так
азот в своих соединениях может быть в степенях окисления от |
3 (низшая или |
|||||||
минимальная с.о.) до +5 (высшая или максимальная с.о.): |
|
|||||||
3 |
2 |
1 |
- 1 |
0 |
2 |
3 |
4 |
5 |
3 |
||||||||
N H3 , N2 H4 , N H2OH, H N 3 , N2 , N O, Na N O2 , N O2 , Na N O3 |
||||||||
Степени окисления |
3, 2, 1, |
1/3, 0, +1, +2, +3, +4 |
|
промежуточные. |
||||
Возможные степени окисления элементов
Руководствуясь периодической системой, можно определить возможные степени окисления элементов: номер группы в периодической системе соответствует числу валентных электронов атома элемента (за исключением
элементов IБ, VIIIБ подгрупп, кислорода и фтора).
Возможные высшая и низшая степени окисления
а) металлов:
высшая степень окисления равна номеру группы, за исключением элементов I Б и VIII Б подгрупп (высшая с.о. меди, золота +3, серебра +2,
высшая степень окисления элементов VIII Б подгрупп, равная номеру группы, известна для осмия, высшая с. о. железа +6);
низшая степень окисления равна 0; б) неметаллов:
высшая степень окисления равна номеру группы, за исключением кислорода и фтора;
низшая (отрицательная) степень окисления равна суммарному заряду электронов, недостающих до завершения внешнего энергетического
уровня атома до восьми электронов, (№ группы |
8). |
|
|
|
|
|||||||||||||
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2 |
6 |
1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. Укажите возможные высшую и низшую степени окисления (с.о.)
атомов а) брома, б) свинца, в ) вольфрама.
Решение.
а) Br элемент VIIА подгруппы, неметалл. Высшая с.о. = +7, низшая с.о. = 1.
б) Pb элемент IVА подгруппы, металл. Высшая с.о. = +4, низшая с.о. = 0.
в) W элемент VIБ подгруппы, металл. Высшая с.о. = +6, низшая с.о. = 0.
Окислитель и восстановитель, окисление и восстановление
В окислительно-восстановительных реакциях электроны переходят от
восстановителя к окислителю.
Восстановитель 
частица (атом, молекула, ион), которая отдает электроны. Восстановитель в ходе реакции окисляется.
Окислитель – частица (атом, молекула, ион), которая принимает
электроны. Окислитель в ходе реакции восстанавливается.
В реакции, протекающей в растворе
2 |
3 |
4 |
2 |
Sn Cl2 |
2FeCl3 |
Sn Cl4 |
2FeCl2 |
Sn2+ + 2Fe3+ = Sn4+ + 2Fe2+ |
|||
восстановитель – ион Sn2+ - отдает два электрона, окисляется до Sn4+
Sn2+ 2 e = Sn4+,
окислитель – ион Fe3+ - принимает один электрон, восстанавливается до Fe2+
Fe3+ + e = Fe2+.
В ходе реакции степень окисления элемента-восстановителя повышается, а
элемента-окислителя понижается. Отдача электронов и, следовательно,
повышение степени окисления элемента - окисление, присоединение электронов и, следовательно, понижение степени окисления элемента -
восстановление.
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Только окислителями являются:
простые вещества с наибольшей электроотрицательностью атомов фтор и кислород;
простые катионы с высшей степенью окисления Sn4+, Au3+ и др.;
сложные ионы, в которых элемент проявляет высшую степень окисления
5 |
6 |
6 |
7 |
NO3 , S O42- |
, Cr2 O72 , Mn O-4 и др. |
||
Только восстановителями являются: |
|||
простые вещества |
металлы; |
||
простые отрицательные ионы Cl , Br , I , S2
и др.
И окислителями, и восстановителями могут быть:
простые вещества неметаллы, кроме фтора и кислорода;
сложные вещества, содержащие элемент в промежуточной степени окисления NO, MnO2, SO2 и др.;
простые ионы с промежуточной степенью окисления Sn2+, Fe2+, Ti3+, Cr3+ и др.;
сложные ионы, |
содержащие |
элемент в промежуточной степени |
|
3 |
4 |
4 |
|
окисления – NO2 , S O32 |
, VO2 |
и др. |
|
Пример. Укажите, какие свойства (окислителя, восстановителя,
окислителя и восстановителя) могут проявлять в окислительно-
восстановительных реакциях а) фосфор, б) ион VO3 , в) оксид SeO2.
Решение.
а) Фосфор – неметалл, поэтому может быть окислителем и восстановителем;
б) в составе иона VO3
элемент ванадий в максимальной степени окисления (+5), поэтому ванадат-ион может быть только окислителем;
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) в оксиде SeO2 элемент селен в промежуточной степени окисления (+4),
поэтому оксид селена (IV) в реакциях с окислителями может быть восстановителем, а в реакциях с восстановителями – окислителем.
ТИПЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций.
Межмолекулярные реакции окисления восстановления протекают с изменением степени окисления атомов в разных веществах:
1 |
0 |
1 |
0 |
|
2K Br |
Cl2 2K Cl |
Br 2 ; |
|
|
4 |
4 |
|
6 |
0 |
H2 SeO3 2H2 S O3 |
2H2 S O4 |
Se . |
||
Внутримолекулярные реакции окисления восстановления протекают с изменением степени окисления атомов разных элементов в одном и том же веществе:
3 |
6 |
|
0 |
3 |
(N H4 )2 Cr2 O7 |
N2 Cr2 O3 4H2O ; |
|||
|
5 |
2 |
1 |
0 |
|
2K ClO3 |
2K Cl |
3O2 . |
|
Реакции диспропорционирования (самоокисления самовосстановления)
протекают с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления атомов одного и того же элемента, находящегося в промежуточной степени окисления:
0 |
|
1 |
1 |
Cl2 |
H2O H Cl H ClO ; |
||
0 |
2 |
|
4 |
3S 6NaOH |
2Na2 S |
Na2 S O3 3H2O . |
|
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакции дисмутации – это внутримолекулярные или межмолекулярные реакции окисления восстановления, которые протекают с выравниванием степеней окисления атомов одного и того же элемента:
|
3 |
5 |
1 |
|
N H4 NO3 |
N2 O 2H2O ; |
|
5 |
1 |
|
0 |
K I O3 |
5K I |
3H2SO4 3I2 3K2SO4 3H2O . |
|
Окислительно-восстановительные реакции широко распространены. На окислительно-восстановительных реакциях основаны металлургические производства, сжигание топлива, синтез важнейших продуктов химической промышленности, в том числе, аммиака, азотной и серной кислот.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Окислительно-восстановительные реакции 
реакции, в которых изменяются степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.
В окислительно-восстановительных реакциях электроны переходят от восстановителя к окислителю. Восстановитель частица (атом, молекула,
ион), которая отдает электроны; восстановитель в ходе реакции окисляется. Окислитель – частица (атом, молекула, ион), которая принимает электроны; окислитель в ходе реакции восстанавливается.
Различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций:
межмолекулярные;
внутримолекулярные;
диспропорционирования (самоокисления самовосстановления);
дисмутации.
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. Учебник для вузов /
А.Б. Никольский, А.В. Суворов.– СПб: Химиздат, 2001. - 512 с.: ил.
2.Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия: Учебник для вузов /
Б.Д. Степин, А.А. Цветков.– М.: Высш. шк., 1994.- 608 с.: ил.
3.Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия: Учебник для студентов вузов / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. - 4-е изд., стер. - М.:
Химия, 2000. - 592 с.: ил.
4.Угай Я.А. Общая и неорганическая химия: Учебник для студентов вузов,
обучающихся по направлению и специальности "Химия" / Я.А. Угай. - 3-е
изд., испр. - М.: Высш. шк., 2007. - 527 с.: ил.
5.Неорганическая химия: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению 510500 "Химия" и специальности 011000 "Химия" : в 3 т.
Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии / М. Е. Тамм,
Ю.Д. Третьяков / под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004. - 240 с.: ил.
6.Лидин Р.А. Задачи по общей и неорганической химии: Учеб. пособие для студентов вузов / Р.А. Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева; под ред.
Р.А.Лидина. - М.: ВЛАДОС, 2004 - 383 с.
Исполнитель: |
|
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мероприятие № |
4 |
2 |
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|