Окислительно-восстановительные реакции

Ключевые слова конспекта по химии для 11 класса: Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Окисление и восстановление. Окислитель и восстановитель. Метод электронного баланса.

Химия даёт множество примеров, иллюстрирующих один из основных философских законов — единства и борьбы противоположностей.

Единую структуру атома отражают его положительное ядро и отрицательно заряженные электроны оболочки. Природа амфотерных соединений заключается в единстве их кислотных и основных свойств. Обратимый гидролиз солей — это результат противоположных процессов: взаимодействия кислот и оснований с образованием соли и воды и разложение продуктов этого взаимодействия водой. Это утверждение справедливо для всех обратимых реакций: единство прямого и обратного химических процессов. Окислительно-восстановительные реакции — ещё один пример действия этого философского закона.

В пробирку налейте 4—5 мл раствора сульфата меди(II) и опустите в неё стальную канцелярскую скрепку. Оставьте пробирку в штативе на 1—2 мин. При наблюдении легко заметить, что в результате реакции стальная скрепка покрылась красноватым налётом свободной меди:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Сu

Для того чтобы выполнить задание, сформулированное в условии эксперимента, вам необходимо записать степени окисления элементов, образующих реагенты и продукты данной реакции.

Степень окисления атома обозначают знаком заряда и цифрой над символом химического элемента в формуле вещества, например:   . Причём, в отличие от заряда иона, у степени окисления сначала пишут знак, а затем — цифру.

Для дальнейшего рассмотрения окислительно-восстановительных реакций необходимо уметь быстро и безошибочно определять степени окисления атомов. Приведём основные правила, которые необходимо знать.

1. Степень окисления свободных атомов и атомов в простых веществах равна нулю. Например: 
2. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле (или формульной единице) вещества равна нулю: 
3. Существуют атомы химических элементов, которые в сложных веществах проявляют единственно возможную степень окисления. К ним относятся , многие металлы ( и др.). В большинстве соединений атомы водорода и кислорода проявляют степени окисления соответственно +1 и –2  .

Рассмотрим пример расстановки степеней окисления атомов в перманганате калия КМnO₄:

• а) степень окисления калия в сложных веществах всегда равна +1: 
• б) степень окисления кислорода в солях равна –2: 
• в) сумма степеней окисления атомов калия, марганца и кислорода с учётом их индексов равна нулю. Исходя из этого, вычислим степень окисления атома марганца: (+1) • 1 + (х) • 1 + 4 • (–2) = 0,   х = +7.

Следовательно, 

Вернёмся к выполнению задания, указанного в лабораторном опыте:

Как видите, степени окисления в данной реакции изменили атомы железа и меди. Следовательно, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Атомы железа в степени окисления 0 отдали два электрона, превратившись при этом в ион с зарядом +2:  — процесс окисления.

Ионы меди в исходном веществе имели степень окисления +2, а в продукте реакции — степень окисления 0, т. е. каждый из них принял по два электрона:  — процесс восстановления.

Итак, на схеме показано, что железо в этой реакции окисляется, являясь восстановителем; сульфат меди(II), а точнее, ионы  , входящие в его состав, принимают 2 электрона, выступая в роли окислителя, т. е. восстанавливаются.

Окислительно–восстановительные реакции играют важную роль и в органической химии. Рассмотрим, например, реакцию горения метана и повторим, как рассчитываются коэффициенты и составляются уравнения окислительно–восстановительных реакций с использованием метода электронного баланса, т. е. равенства числа отданных и принятых электронов.

Убедиться, что атомы углерода в этой реакции теряют именно 8 электронов, поможет схема, где на числовом луче показаны степени окисления атомов, а также изменение этой величины в процессах окисления и восстановления.

Одно вещество в реакциях может выступать и в роли окислителя, и в роли восстановителя.

Во-первых, в состав вещества могут входить атомы элементов, один из которых проявляет свойства окислителя, а другой — восстановителя. Например, хлороводород (и его водный раствор — соляная кислота) проявляет окислительные свойства при взаимодействии с металлами за счёт катиона водорода   и восстановительные благодаря наличию галогена в минимальной степени окисления  :

Во-вторых, вещество может содержать атомы элемента в промежуточной степени окисления и выступать в качестве окислителя, принимая чужие электроны, или в качестве восстановителя, отдавая электроны другим атомам. Так, оксид серы(IV) в реакции с кислородом выступает в роли восстановителя, а в реакции с углеродом — окислителя:

Окислительно-восстановительные реакции используются на производстве (все металлургические процессы, синтез аммиака, производство кислот) и играют важную роль в процессах жизнедеятельности (процессы дыхания, горения и фотосинтеза).

В заключение подчеркнём единство окислительно–восстановительных процессов. Ведь если какой-то элемент или вещество окисляется (отдаёт электроны), то другое вещество обязательно восстанавливается (принимает эти электроны) с соблюдением электронного баланса. Эти процессы неразрывно связаны между собой.

Без изменения степеней окисления элементов протекают, например, реакции ионного обмена.

Окислительно-восстановительные реакции. 
Шпаргалка по всей теме курса.

Конспект урока по химии «Окислительно-восстановительные реакции». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии