"Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса" по технологии модульного обучения

Цель: научиться определять степени окисления элементов.

Прочитай определение “степень окисления” и уясните как определяется степень окисления элементов. Определи степени окисления элементов в следующих веществах: HClO4, MnO2, HCl, NH3, H2O2, H2S, Na2CrO4, N2O5, PH3, NaJO2 Ответь учителю.

Цель: уяснить понятия “окислитель”, “восстановитель”, “процесс окисления и процесс восстановления”.

Запиши в тетрадь определения “окислитель”, “восстановитель”, “процесс окисления и процесс восстановления”. Изучи таблицу “типичные окислители и типичные восстановители”. Самоконтроль. Указать окислителем или восстановителем будут данные соединения в ОВР: HClO4, MnO2, HCl, NH3, H2O2, H2S, Na2CrO4, N2O5, PH3, NaJO2 Самоконтроль: составь электронные уравнения:

N +5 N +3 Mn +7 ---- N +4 ---- N +5 ---- Mn +2 N -3 Cl - C 0 ---- N +5 ---- Cl +7 ---- C -4

Цель: научиться подбирать стехиометрические коэффициенты методом электронного баланса.

Внимательно прочти материал пункта 2.1. Уясни порядок нахождения коэффициентов в уравнении. Сделай конспект. Материал проговори про себя и ответь соседу. Прослушай объяснение учителя. Выполни задание 5.2.(а, б). Ответь учителю Самоконтроль и взаимоконтроль: выполни задние 5.2 (в, г, д, е)

Цель: изучить типы ОВР.

Внимательно прочти материал пунктов. Запиши в тетрадь определения типов ОВР. Рассмотри примеры реакций. Ответь соседу определения типов ОВР. Самоконтроль. Подбери методом электронного баланса коэффициенты в следующих схемах ОВР. Укажи, к какому типу относится каждая из предложенных реакций:

Цель: изучить ОВР с использованием дробных степеней окисления.

Прочти материал пункта 5.1. Составь конспект. Материал проговори про себя и ответь соседу. Прослушай объяснение учителя. Самоконтроль: выполни задание 5.2 (ж, з, и, к) Ответь учителю. Взаимоконтроль: для убежденности в сознательности, систематичности, действенности и прочности знаний проверьте друг друга вопросами по теме, формулируя их самостоятельно. Выполни тестовое задание: выбери один правильный ответ. Все реакции приводятся схемой без коэффициентов.

1.Обязательным условием ОВР является:

1) выделение нерастворимого продукта; 2) образование слабого электролита; 3) изменение рН раствора; 4) изменение степени окисления.

2. К ОВР относится процесс, выраженный схемой уравнения:

3. К ОВР не относится:

4. В реакции с HClO4 сульфит натрия выступает:

1) восстановителем; 2) окислителем; 3) и восстановителем и окислителем; 4) и окислителем и солеобразователем.

5. Только окислителем может выступать соединение:

6. Реакция относится к атомно-молекулярным:

7. Одна молекула окислителя в приведенном ниже уравнении присоединяет число электронов:

8. Число электронов, отдаваемых молекулой восстановителя в уравнении:

9. Сумма коэффициентов левой части уравнения:

10. Сумма коэффициентов правой части уравнения:

задание 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5.

пункт 1.3, 1.4, 1.5, 1.6.

1. Окислительно-восстановительные реакции

1.1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. В ОВР происходит переход от одних атомов, молекул или ионов к другим.

1.2. Степень окисления – условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что она состоит из ионов. При расчете степени окисления исходят из электроотрицательности молекул: сумма всех степеней окисления атомов в соединении равна нулю. Постоянную степень окисления имеют: Н +1 , О –2 , Ме + по валентности , свободный элемент 0 .

Определим степени окисления элементов:

Н2СО3 +2 +4 –6 = 0 Н3РО4 +3 +5 –8 = 0

1.3. Процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом называется окислением.

Э – пе ---- Э +п , где Э – восстановитель.

1.4. Процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом называется восстановлением

Э + пе ---- Э –п , где Э – окислитель.

1.5. Атомы, ионы или молекулы, отдающие электроны называются восстановителями, в результате ОВР они окисляются.

1.6. Атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны называются окислителями, при этом они восстанавливаются.

1.7. Окисление всегда сопряжено с восстановлением.

Число электронов, участвующих в процессе окисления равно числу электронов, участвующих в процессе восстановления.

Атомы и молекулы 6–7 групп (S, O2, Cl2).
Ионы металлов в высоких степенях окисления (Fe 3+ , Cu 2+ ).
Ионы, молекулы, содержащие атомы металлов в высоких степенях окисления (KMn +7 O4, K2Cr2 +6 O4).
Ионы, молекулы, содержащие атомы неметаллов в высоких степенях окисления (HN +5 O3, H2S +6 O4, KCl +7 O4).

Атомы всех металлов.
Отрицательно заряженные ионы неметаллов (S 2– , Cl – , Br – ).
Ионы металлов в низких степенях окисления (Fe 2+ , Mn 2+ ).
H2, CO.

1.8. Окислителем или восстановителем, в зависимости от конкретных условий могут выступать:

а) ионы металлов и неметаллов в промежуточной степени окисления. Например:

Fe +2 – 1e – ---- Fe +3 , где Fe +2 – восстановитель, реакция окисления; Fe +3 + 2e – ---- Fe 0 , где Fe +2 – окислитель, реакция восстановления; S +4 – 2e – ---- S +6 , где S +4 – восстановитель, реакция окисления; S +4 + 6e – ---- S –2 , где S +4 – окислитель, реакция восстановления.

б) элементы главных подгрупп 4 и 5 групп периодической системы элементов.

C + O2 ---- CO2; C 0 – 4e – ---- C +4 , где C 0 – восстановитель, реакция окисления; C + 2H2 ---- CH4; C 0 + 4e – ---- C –4 , где C 0 – окислитель, реакция восстановления.

2. Методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций

2.1. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР можно проводить методом электронного баланса или методом полуреакций. Рассмотрим подробно метод электронного баланса на примере реакции:

2.2. Порядок нахождения коэффициентов следующий:

а) Определяем элементы, меняющие степень окисления – это Р и С.

б) Составляем электронные уравнения процессов восстановления и окисления, учитывая количество атомов восстановления или окисления в исходных молекулах:

2Р +5 + 10е – ---- 2Р 0 , процесс восстановления, Р +5 – окислитель. С 0 – 2е – ---- С +2 , процесс окисления, С 0 – восстановитель.

в) Находим наименьшее общее кратное, чтобы уравнять количество электронов в процессах окисления и восстановления:

г) Подставим найденные коэффициенты в уравнение ОВР:

Уравниваем катионы, не имеющие степень окисления (в данном случае – Са +2 ).
Уравниваем неметаллы, не меняющие степень окисления (в данном случае – Si +4 ).
Уравниваем атомы водорода (в данном случае они отсутствуют).

е) правильность подбора коэффициентов проверяем подсчитывая число атомов кислорода в правой и левой частях уравнения.

2.3. В некоторых реакциях кислоты, выступающие как окислитель (или восстановитель), могут выполнять и роль среды, выступая в качестве солеобразователя без изменения степени окисления:

Уравниваем катионы металла, не меняющего степень окисления (это К + ):

Из правой части уравнения следует, что 6 молекул НСl используется для солеобразования, поэтому всего в левой части уравнения должно быть 16 молекул НСl. Осталось уравнять водород:

3. Задания для самостоятельной работы

3.1. Определите степени окисления элементов в следующих веществах и указать окислителем или восстановителем будут они в ОВР:

3.2. Составить электронные уравнения:

N +5 N +3 N +3 ---- N +4 ---- N +5 ----N +2 C 0 Mn +7 As +3 ---- C +4 ---- Mn +2 ---- As +5 S -2 Al 0 Bi +5 ---- S +4 ---- Al +3 ---- Bi +3

3.5. Определите степень окисления хлора в веществах: KClO3, Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, AlCl3.

4. Классификация окислительно-восстановительных реакций

4.1. Реакции межмолекулярного окисления-восстановления – это ОВР, в которых атом-окислитель и атом-восстановитель принадлежат разным веществам. Уравнивание проводим методом электронного баланса:

N +3 + 1e - ---- N +2 2 окислитель, восстановление S –2 ---- 2e - ---- S 0 1 восстановитель, окисление

I +5 + 5e – ---- I 0 1 окислитель, восстановление I –1 – 1e – ---- I 0 5 восстановитель, окисление

Mn +7 + 5e – ---- Mn +2 2 окислитель, восстановление 2O –1 – 2e – ---- O2 0 5 восстановитель, окисление

Mn +7 + 5e – ---- Mn +2 2 окислитель, восстановление Fe +2 – 1e – ---- Fe +3 5 восстановитель, окисление

Наименьшее общее кратное 5 умножаем на 2, так4 как в продуктах реакции атомов железа должно быть четное количество.

4.2. К этому же типу ОВР можно отнести и реакции межатомного и атомно-молекулярного окисления-восстановления:

Fe 0 + S 0 ---- Fe +2 S –2 Fe – 2e – ---- Fe +2 восстановитель, окисление S 0 + 2e – ---- S –2 окислитель, восстановление

HN +5 O3 + Cu 0 ---- Cu +2 (NO3)2 + 2N +4 O2 + 2H2O Cu 0 – 2e – ---- Cu +2 восстановитель, окисление N +5 + 1e – ---- N +4 окислитель, восстановление

4.3. Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления – это ОВР, в которых атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав одной молекулы или иона и могут быть представлены как разными элементами, так и одним элементом, но в разных степенях окисления:

2NaN +5 O3 –2 ---- 2NaN +3 O2 + O2 0 N +5 +2e – ---- N +3 2 окислитель, восстановление 2O –2 – 4e – ---- O 0 2 1 восстановитель, окисление

2KCl +5 O3 ---- 2KCl – + 3O2 0 Cl +5 + 6e – ---- Cl –1 2 окислитель, восстановление 2O –2 – 4e – ---- O2 0 3 восстановитель, окисление

(N –3 H4)2Cr2 +6 O7 ---- N2 0 + Cr2 +3 O3 + 4H2O 2N –3 – 6e – ---- N2 0 1 окислитель, восстановление 2Cr +6 + 6e – ---- 2Cr +3 1 восстановитель, окисление

2Hg +2 O –2 ---- 2Hg 0 + O2 0 Hg +2 + 2e – ---- Hg 0 2 окислитель, восстановление 2O –2 – 4e – ---- O2 0 1 восстановитель, окисление

N –3 H4N +5 O3 ---- N2 +1 O + 2H2O N –3 – 4e – ---- N +1 1 окислитель, восстановление N +5 + 4e – ---- N +1 1 восстановитель, окисление

N –3 H4N +3 O2 ---- N2 0 + 2H2O N –3 – 3e – ---- N o 1 окислитель, восстановление N +3 + 3e – ---- N 0 1 восстановитель, окисление

2Ag + N +5 O3 ---- 2Ag 0 + 2N +4 O2 + O2 0 Ag + + 1e – ---- Ag 0 2 окислитель, восстановление N +5 + 1e – ---- N +4 2O –2 – 4e – ---- 2O 0 4 восстановитель, окисление

4.4. Реакция диспропорционирования – это ОВР, в которых роль окислителя и восстановителя выполняют атомы одного и того же элемента, находящегося в промежуточной степени окисления. К этому же типу реакций относят реакции самоокисления-самовосстановления и дисмутации.

Cl2 0 + H2O ---- HCl – + HCl + O Cl 0 – 1e – ---- Cl + 1 восстановитель, окисление Cl 0 + 1e – ---- Cl – 1 окислитель, восстановление

3HN +3 O2 ---- HN +5 O3 + 2N +2 O + H2O N +3 + 1e – ---- N +2 1 восстановитель, окисление N +3 – 2e – ---- N +5 1 окислитель, восстановление

2N +4 O2 + H2O ---- HN +3 O2 + HN +5 O3 N +4 + 1e – ---- N +3 1 восстановитель, окисление N +4 – 1e – ---- N +5 1 окислитель, восстановление

5. Уравнение ОВР с использованием дробных степеней окисления

5.1. Дробная степень окисления элемента свидетельствует о том, что атомы одного и того же элемента находятся в разных степенях окисления, либо вещество представляет собой смесь веществ, в которых элемент находится в разных степенях окисления.

Fe3O4 + 4 CO ---- 3Fe + 4CO2 3Fe +8/3 + 8e – ---- 3Fe 0 1 окислитель, восстановление C +2 – 2e – ---- C +4 4 восстановитель, окисление

3Mn3O4 + 8Al ---- 9Mn + 4Al2O3 3Mn +8/3 +8e – ---- 3Mn 0 3 окислитель, восстановление Al 0 – 3e – ---- Al +3 8 восстановитель, окисление

5.2. Задания для самостоятельной работы.

Методом электронного баланса подобрать коэффициенты в ОВР, указать окислитель, восстановитель и процессы окисления и восстановления.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎