Окислительно-восстановительные реакции

Научиться определять степени окисления, распознавать ОВР, составлять электронный баланс и понимать роль окислителя и восстановителя.

ОВР лежат в основе множества природных и промышленных процессов: дыхания, фотосинтеза, горения, коррозии металлов, получения металлов из руд, работы батареек и аккумуляторов. Понимание ОВР помогает объяснить, почему одни вещества окисляются (ржавеют, горят), а другие восстанавливаются, и как управлять этими процессами.

• ОВР — это реакции, в которых изменяются степени окисления атомов.
• Окисление — процесс отдачи электронов, при этом степень окисления повышается.
• Восстановление — процесс присоединения электронов, при этом степень окисления понижается.
• Окислитель — вещество, которое принимает электроны, сам при этом восстанавливается.
• Восстановитель — вещество, которое отдает электроны, сам при этом окисляется.
• Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем (закон сохранения заряда).
• Метод электронного баланса основан на подборе коэффициентов так, чтобы общее число отданных и принятых электронов было одинаковым.

Степень окисления

Условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи ионные. Показывает, сколько электронов атом отдал или принял.

Окислитель

Вещество, которое принимает электроны от другого вещества, само при этом восстанавливается (его степень окисления понижается).

Восстановитель

Вещество, которое отдает электроны другому веществу, само при этом окисляется (его степень окисления повышается).

Окисление

Процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся повышением степени окисления.

Восстановление

Процесс присоединения электронов к атому, молекуле или иону, сопровождающийся понижением степени окисления.

Электронный баланс

Метод уравнивания ОВР, основанный на равенстве числа электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем.

• Правила определения степени окисления: в простых веществах она равна 0; у щелочных металлов +1, у щелочноземельных +2; у фтора всегда -1; у кислорода обычно -2 (кроме пероксидов, где -1); у водорода +1 (кроме гидридов, где -1); сумма степеней окисления в молекуле равна 0, в ионе — заряду иона.
• Типичные окислители: кислород O2, галогены (Cl2, Br2), азотная кислота HNO3, серная кислота H2SO4 (конц.), перманганат калия KMnO4, дихромат калия K2Cr2O7.
• Типичные восстановители: металлы (Na, Zn, Fe), водород H2, углерод C, угарный газ CO, сероводород H2S, иодиды (I-), сульфиты (SO3^2-).
• Реакции замещения и многие реакции соединения/разложения являются ОВР, а реакции обмена — никогда (если не протекают с изменением степеней окисления).
• Метод электронного баланса: 1) расставить степени окисления; 2) найти элементы, у которых они изменились; 3) составить уравнения отдачи и приема электронов; 4) найти НОК и расставить коэффициенты.

1. Пример 1реакция

   Горение магния

   Уравнения

   • 2Mg + O2 → 2MgO. Магний отдает электроны (окисляется), кислород принимает (восстанавливается)
2. Пример 2реакция

   Ржавление железа

   Уравнения

   • 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3. Железо окисляется, кислород восстанавливается
3. Пример 3реакция

   Реакция цинка с соляной кислотой

   Уравнения

   • Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2. Цинк отдает электроны (окисляется), водород в кислоте принимает (восстанавливается)
4. Пример 4реакция
   • Взаимодействие алюминия с оксидом железа(III) (термит): 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe. Алюминий — восстановитель, железо — окислитель

• Дыхание — это сложный процесс ОВР: глюкоза окисляется кислородом до углекислого газа и воды, а выделяющаяся энергия запасается в виде АТФ.
• Фотосинтез — обратный процесс: углекислый газ восстанавливается до глюкозы, а вода окисляется до кислорода под действием света.
• В батарейках и аккумуляторах электрический ток возникает именно за счет ОВР: на одном электроде идет окисление, на другом — восстановление, и электроны бегут по внешней цепи.

• При работе с окислителями (например, перманганатом калия, концентрированной серной кислотой) и восстановителями (алюминием, цинком) необходимо соблюдать осторожность: они могут вызывать ожоги или бурные реакции.
• Не смешивать сильные окислители с органическими веществами (спирт, масла) — возможно самовоспламенение.
• Опыты с горением проводить только в присутствии учителя и в защитных очках.

• Электролитическая диссоциация (реакции ионного обмена)
• Степень окисления и валентность
• Химические свойства металлов и неметаллов
• Электролиз (в 11 классе)