Окисно-відновні реакції

Окисно-відновні реакції

Окисно-відновні реакції належать до числа найбільш поширених хімічних реакцій і мають величезне значення в природі і житті людини. З ними пов’язані процеси обміну речовин, що протікають в живих організмах. Вони супроводжують колообіг речовин у природі. У промисловості з їх допомогою отримують цінні продукти. Окисно-відновні реакції лежать в основі перетворення внутрішньої енергії речовин у теплову та інші види енергії.

Мета уроку:
  • усвідомити, які реакції відносять до окисно-відновних;
  • навчитися розрізняти окисно–відновні реакції за зміною ступенів окиснення елементів;
  • навчитися визначати процеси окиснення і відновлення, окисники та відновники;
  • усвідомити значення окисно-відновних реакцій у природі та житті людини.
Порівняємо реакції взаємодії сульфур(VІ) оксиду з водою та сірки з киснем:
SO3 + H2O = H2SO4;
S + O2 = SO2.
За кількістю реагентів і продуктів обидві реакції відносяться до одного і того ж типу – реакції сполучення.
Звернемо увагу на ступені окиснення елементів у вихідних речовинах і продуктах реакцій
S+6O3-2 + H2+O-2 = H2+S+6O4-2;       (1)
S0 + O20 =S+4O2-2.                               (2)
Перша реакція відбувається без зміни ступенів окиснення елементів, а під час другої реакції ступені окиснення елементів змінились.
Реакції, які супроводжуються зміною ступеня окиснення атомів елементів, називають окисно-відновними.
Розглянемо, що відбулося з атомами під час взаємодії сірки з киснем. Ступінь окиснення Сульфуру збільшився на 4 одиниці, це означає, що його атоми втратили по 4 електрони, а ступінь окиснення Оксигену зменшився на 2 одиниці – його атоми отримали по 2 електрони:
S0 – 4ē → S+4
О0 + 2ē → О−2
Елемент, атоми якого віддають електрони, окиснюється, ступінь окиснення його чисельно підвишується.
В нашому випадку – це Сульфур.
Оксиген приєднує електрони і відновлюється, ступінь окиснення його чисельно знижується.
Частинку, що містить елемент, який окиснюється, називають відновником, а ту, що містить елемент, який відновлюється, – окисником.
Сірка – відновник, а кисень – окисник.
Проста речовина під час хімічних перетворень змінює свій ступінь окиснення. Тому реакції з участю простих речовин, завжди будуть окисно-відновними. Це можуть бути реакції розкладу з утворенням простих речовин, наприклад, відома вам реакція добування кисню термічним розкладанням калій перманганату:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
Це всі реакції заміщення, наприклад, взаємодія цинку з сульфатною кислотою:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
У свою чергу реакції обміну, що відбуваються між двома складними речовинами, в результаті чого вони обмінюються своїми складовими частинами, не є окисно-відновними, наприклад, взаємодія цинк оксиду з сульфатною кислотою:
ZnО + H2SO4 = ZnSO4 + H2О
Окисно-відновні реакції поділяють на три типи:
1) міжмолекулярні, в яких елементи окисник і відновник знаходяться у складі різних речовин, наприклад,
С + О2=СО2
2) внутрішньо-молекулярні, якщо окисник і відновник знаходяться у складі однієї речовини, наприклад,
2KNO3 = 2KNO2 + O2
3) реакції диспропорціювання (самоокиснення-самовідновлення), якщо відновником і окисником є один і той же елемент, наприклад,
Cl2 + KOH =KCl + KClO + H2O.
Окисно-відновні реакції надзвичайно поширені у природі. Вони відіграють велику роль у біохімічних процесах: диханні, фотосинтезі, обміні речовин тощо. Різні життєві функції тварин і рослин пов’язані з витратою енергії, яку організми отримують під час окисно-відновних реакцій, що відбуваються в клітинах.
Окисно-відновні реакції супроводжують багато процесів, що здійснюються в промисловості і в різних сферах побуту: реакції горіння газу в газовій плиті, палива у двигунах автомобілів, літаків, ракет тощо.
Окисно-відновні реакції використовують для цілей відбілювання та дезінфекції. Наприклад, хлор як сильний окисник використовують для дезінфекції чистої води і знезараження стічних вод. Його застосовують при відбілюванні паперу і тканин.
Для дезінфекції ран ми використовуємо окисно-відновні реакції, в яких беруть участь калій перманганат або гідроген пероксид.
У техніці за допомогою реакцій цього типу отримують такі важливі речовини як амоніак (NH3), сульфатну (H2SO4) і хлоридну (HCl) кислоти і багато інших продуктів. Вся металургія заснована на відновленні металів з їхніх сполук – руд.
Деякі окисно-відновні реакції відіграють негативну роль. Вони зумовлюють корозію металів, псування харчових продуктів, є причиною пожеж.
ВИСНОВКИ
Окисно-відновні реакції – це реакції, під час яких елементи змінюють ступені окиснення.
Окиснення – процес віддачі електронів частинками, а відновлення – процес прийняття електронів.
Окисники – елементи, що приєднують електрони й понижують ступінь окиснення, а відновники – елементи, що віддають електрони і підвищують ступінь окиснення
Питання для закріплення знань.
  1. Які реакції називаються окисно-відновними?
  2. Що таке процес окиснення і процес відновлення?
  3. Чим внутрішньо-молекулярні окисно-відновні реакції відрізняються від міжмолекулярних?
  4. Чому всі реакції заміщення є окисно-відновними?
  5. Наведіть приклад окисно-відновної реакції розкладання і реакції розкладання, що відбувається без зміни ступенів окиснення елементів.
  6. Наведіть приклади двох реакцій розкладу і двох реакцій сполучення, що йдуть: а) зі зміною ступенів окиснення, б) без зміни ступенів окиснення.

Алгоритм визначення окисно-відновної реакції

  1. Скласти схему реакції.
  2. Визначити ступені окиснення елементів до і після реакції.
  3. Якщо ступені окиснення всіх елементів у складі реагентів і продуктів реакції однакові, то така реакція відбувається без зміни ступенів окиснення.
  4. Якщо ступені окиснення хоча б деяких елементів у складі реагентів і продуктів реакції змінились, то це окисно-відновна реакція.
Завдання 1.
Допишіть рівняння реакцій і визначте, яка з реакцій є окисно-відновною. Відповідь пояснить.

H2SO4 + K2O →

CaCO3

Na + H2O →

Розв’язання.

H2+S+6O4-2 + K2+O-2 = K2+S+6O4-2 + H2+O-2

Ca+2C+4O3-2= Ca+2O-2 + C+4O2-2

2Na0 + 2H2+O-2 = 2Na+O-2H+ + H20

Відповідь. Реакція, що описується рівнянням 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2, окисно-відновна, тому що Натрій і Гідроген змінили ступені окиснення.

Алгоритм визначення процесів окиснення і відновлення.

  1. Визначити ступені окиснення елемента до і після реакції.
  2. Відняти ступінь окиснення елемента у складі реагента від ступеня окиснення елемента у складі продукту реакції. Отримане число показує кількість електронів, що приєднав, або віддав атом.
  3. Якщо атом віддає електрони, то це процес окиснення, а якщо приєднав – процес відновлення.

Завдання 2.

Вкажіть кількість електронів, відданих чи приєднаних атомами згідно схем. Який процес: окиснення чи відновлення відображає кожна з них?

а) HNO3 → N2O; б) SO32- → SO42-.

Розв’язання.

а) HN+5O3 → N2+1O;

2N+5+ 8ē → 2N+1 – процес відновлення;

б) S+4O32- → S+6O42-

S+4 − 2ē → S+6 – процес окиснення.

Завдання 1.

Допишіть рівняння реакцій і визначте, яка з реакцій є окисно-відновною. Відповідь пояснить.

1) KMnO4 →;

2) MgCO3 →;

3) Са + H2O →;

4) H2O2 →;

5) NaOH + P2O5 →;

6) Al + HCl →;

7) Fe(OH)3 + H2SO4;

8) WO3 + CO →;

9) Li + N2 →;

10) Zn + CuSO4 →;

11) CaO + SO3 →;

12) K2O + H2O →.

Завдання 2.

Вкажіть кількість електронів, відданих чи приєднаних атомами згідно схем. Який процес: окиснення чи відновлення відображає кожна з них?

а) Cr2O72− →2Cr3+;

б) SO42- → H2S;

в) Cl → ClO3;

г) MnO2 → MnSO4.

Тест складається з 12 завдань, за допомогою яких можна перевірити і оцінити свої знання з теми «Окисно-відновні реакції».

Далі