Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 9 клас>> Окисно-відновні реакції, їхнє значення. Процеси окиснення, відновлення, окисники, відновники

ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ, ЇХНЄ ЗНАЧЕННЯ. ПРОЦЕСИ ОКИСЛЕННЯ, ВІДНОВЛЕННЯ, ОКИСНИКИ, ВІДНОВНИКИ

Окисно-відновні реакції

• Ступінь окиснення, як ви вже знаєте, є загальною характеристико атомів хімічних елементів. Так називають умовний заряд, який виникає на атомі внаслідок переходу електронів від одних атомів до інших або зміщення спільних електронних пар у бік атомів більш електронегативних елементів. Незважаючи на широке застосування у хімії, понятьтя «ступінь окиснення» є суто формальним. Наприклад, у молекулі гідроген хлориду експериментально визначені часткові заряди на атомах Гідрогену, і Хлору становлять +0,17 і -0,17 (а ступені окиснення +1 і -1). У кристалах цинк сульфіду часткові заряди на атомах Цинку і Сульфуру дорівнюють +0,86 і -0,86. Однак формальні ступені окиснення цих елементів сполуці становлять +2 і -2 відповідно.

Пригадаймо:

Ступені окиснення позначають у формулах речовин над символам елементів:

Ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю:

Максимальний позитивний ступінь окиснення елемента зазвичай дорівнює номеру групи, в якій він розміщений.

Мінімальний (негативний) ступінь окиснення неметалічного елемента дорівнює різниці між номером групи і числом вісім.

Ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами, зазвичай, становить +1, а з металічними —1:

Флуор в усіх сполуках з іншими елементами має ступінь окиснення -1:

Оксиген практично в усіх сполуках з іншими елементами виявляє ступінь окиснення -2. Утім трапляються й сполуки, де цей елемент має ступінь окиснення -1. У сполуці з Флуором ступінь окиснення Оксигену +2:

Сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю (пересвідчіться у цьому на прикладі сульфатної та карбонатної кислот):

• Визначення ступенів окиснення елементів за формулами сполук розгляньмо докладніше. Приміром, з'ясуймо, які ступені окиснення Калію, Фосфору та Оксигену у калій ортофосфаті К₃Р0₄. Ступінь окиснення Калію становить +1, він дорівнює номеру групи, в якій розміщений цей хімічний елемент. Ступінь окиснення Оксигену в сполуках зазвичай дорівнює -2. Сума ступенів окиснення трьох катіонів Калію становить 3•(+1) = 3. Сума ступенів окиснення чотирьох атомів Оксигену становить 4•(-2) = -8. Додаючи ці два числа, дістаємо -5. Тож ступінь окиснення Фосфору має становити +5, адже сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю:

Зміна ступенів окиснення хімічних елементів (чи їхня незмінність) - одна з ознак, за якими класифікують хімічні реакції.

• Окисно-відновні реакції супроводжуються переходом або зміщенням валентних електронів від атомів з меншою електронегативністю до атомів з більшою електронегативністю (мал. 14.1).

З-поміж двох реакцій - взаємодії хлоридної кислоти з магнієм та магній оксидом - лише одна є окисно-відновною. Аби визначити, яка саме, запишімо їхні схеми й зазначмо ступені окиснення елементів:

Вочевидь, унаслідок перебігу реакції між магній оксидом і хлоридною кислотою ступені окиснення елементів не змінюються. Натомість реакція магнію з хлоридною кислотою є окисно-відновною.

Завдання

Визначте, яка з-поміж двох реакцій є окисно-відновною - горіння сірки чи реакція між калій гідроксидом і нітратною кислотою.

Процес втрати електронів атомом називають окисненням, а процес приєднання електронів - відновленням. Атоми або йони, які приєднують електрони, називають окисниками, а ті, які віддають електрони, - відновниками (мал. 14.1).

У розглянутій реакції між магнієм і хлоридною кислотою Магній - відновник {поясніть, чому), а Гідроген - окисник (поясніть, чому).

Унаслідок окиснення відновника його ступінь окиснення зростає, натомість відновлення окисника веде до зменшення його ступеня окиснення.

Також окисниками чи відновниками називають речовини, до складу яких входять атоми або йони, що окиснилися чи відновилися. Тобто окисниками чи відновниками можуть бути атоми, молекули, прості й складні йони. Приміром, атоми металічних елементів (відновники втрачаючи електрони (окиснюючись), перетворюються на катіони:

Завдання

Виберіть записи процесів окиснення:

Завдання

Виберіть записи процесів, у яких Манган - окисник:

Знаючи формулу сполуки й визначивши ступені окиснення хімічних елементів у ній, можна спрогнозувати, який з елементів виявлятиме окисні, а який - відновні властивості. Приміром, ступінь окиснення Нітрогену в нітратній кислоті максимальний (який саме?), а у леткій сполуці з Гідрогеном (амоніаку) - мінімальний {який саме?). Це означає, що атом Нітрогену в складі нітратної кислоти не має електронів, аби їх віддати, тому виявляє тільки окисні властивості. У молекулі амоніаку зовнішній енергетичний рівень атома Нітрогену завершений, тому жодного електрона він прийняти не може. Отже, виявляє лише відновні властивості. У нітроген(ІІ) оксиді Нітроген виявляє проміжний ступінь окиснення (який саме?). Тож може бути як окисником, так і відновником.

Завдання

Зиберіть формули сполук, у яких Сульфур може виявляти як окисні, так і відновні властивості: А S; Б Н₂S; В Н₂S0₄; Г Н₂S0₃; Д S0₃; Е S0₂.

• Окиснення та відновлення - дві протилежні сторони одного окисно-відновного процесу. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник, - існує електронний баланс. Методом електронного балансу добирають коефіцієнти в окисно-відновних реакціях. Розгляньмо це докладніше на прикладі реакції МІЖ натрієм і хлором (мал. 14.2).

Позначмо ступені окиснення хімічних елементів у реагентах і продуктах реакції:

Вочевидь, Натрій і Хлор змінили ступені окиснення, тож складімо схеми переходу електронів. Кількість відданих і приєднаних електронів запишімо за вертикальною рискою праворуч. Аби дотримати електронного балансу, обчислімо найменше спільне кратне для кількості відданих і приєднаних електронів: воно дорівнює двом. Запишімо найменше спільне кратне після другої вертикальної риски. Діленням найменшого спільного кратного на кількості відданих і приєднаних електронів дістанемо додаткові множники, які будуть коефіцієнтами перед відповідними формулами у хімічному рівнянні. Позначмо після третьої вертикальної риски окисник і відновник, а після четвертої - процеси окиснення і відновлення. Доберімо решту коефіцієнтів:

Оскільки ця реакція відбувається у розчині, маємо підстави записати рівняння у йонному вигляді:

Cu⁰ + 2Ag⁺ + 2NO = 2Ag⁰ + Cu²⁺ + 2NO

Cu⁰ + 2Ag⁺ = 2Ag⁰ + Cu²⁺

Отже, суть цієї окисно-відновної реакції - окиснення атомів Купруму катіонами Аргентуму(І) (або відновлення катіонів Аргентуму(І) атомами Купруму).

Знання про окисно-відновні процеси допоможе вам по-новому подивитися на принцип розташування металів у ряді активності (мал. 14.4) й глибше осягнути його.

Завдання

За малюнком 14.5 розгляньте з точки зору окиснення-відновлення реакцію заліза з купрум(ІІ) сульфатом у розчині. Виберіть окисник у цій реакції: А Fе⁰; Б Сu⁰; В Fе⁺²; Г Сu⁺².

• Значення реакцій окиснення й відновлення у природі, техніці та повсякденному житті важко переоцінити. Окисно-відновні процеси надзвичайно поширені. Дихання, кровообіг, обмін речовин у живих організмах, фотосинтез у рослин пов'язані з окисно-відновними реакціями.

Феєрверк - захоплююче видовище (мал. 14.6). До складу будь-якої піротехнічної суміші входять речовини-окисники і горючі речовини-відновники.

Окисно-відновні реакції відбуваються й тоді, коли ми запалюємо сірник. До складу головки сірника входить сірка, а на бічну стінку коробки нанесено суміш червоного фосфору з калій хлоратом. Теплової енергії, яка виділяється внаслідок тертя головки сірника об стінку коробки, достатньо, аби в результаті сублімації червоного фосфору утворився білий фосфор - легкозаймиста речовина. Він взаємодіє з киснем повітря з виділенням великої кількості теплоти, необхідної для подальшого перебігу низки окисно-відновних реакцій.

Завдання
Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння, використовуючи метод електронного балансу:

Р + 0₂ → Р₂0₅;     Р + КСlOз → Р₂0₅ + KCl;     S + КСlO₃ → KCl + S0₂↑

ЗБЕРІГАЙТЕ СІРНИКИ поза полем зору малих дітей та в недосяжних для них місцях. Діти віком від двох років здатні самостійно їх запалити. НІКОЛИ НЕ ЗАОХОЧУЙТЕ дітей бавитися із сірниками!

Окисно-відновні реакції відбуваються й під час виверження вулканів Це руйнівне явище супроводжується виділенням отруйних газів, зокрема гідроген сульфіду.

Завдання

Перетворіть, використовуючи метод електронного балансу, схему реакції  на  хімічне рівняння: Н₂S + 0₂ → S0₂ + Н₂0.

Під час грози також відбуваються окисно-відновні процеси. Внаслідок цього ґрунт збагачується солями нітратної кислоти, яка утворюється з нітроген(ІV) оксиду.

Завдання

Перетворіть, використовуючи метод електронного балансу, схеми реакцій ні хімічні рівняння:

а) N₂ + 0₂ → N0:    б) N0 + 0₂ → N0₂:    в)* N0₂ + Н₂0 → НN0₂ + НN0₃

Не злічити всіх окисно-відновних процесів навколо нас! Це і горіння палива, і окисно-відновні реакції в акумуляторі. Виробництво кисломолочних продуктів і хлібобулочних виробів, вибілювання й дезінфекція, фарбування і хімічна завивка волосся, ржавіння заліза, потемніння срібла, поява патини на бронзових пам'ятниках тощо пов'язані з процесами окиснення та відновлення. Добування неорганічних і органічних речовин, очищення повітря, природних і стічних вод також ґрунтуються на окисно-відновних процесах.

Біогаз (докладніше про нього ви дізнаєтеся з § 20) - суміш метану й вуглекислого газу - також продукт окисно-відновних процесів. Біогаз утворюється у спеціальних реакторах (метантенках) унаслідок бродіння без доступу повітря органічних відходів. Перевага процесу переробки біомаси - значно менший уміст хвороботворних мікроорганізмів у його відходах, ніж у вихідному матеріалі. Енергія, одержувана під час спалювання біогазу, сягає від 60 до 90 % тієї, яку мав вихідний матеріал.

Про енергетичні ефекти хімічних реакцій йтиметься у наступному параграфі.

Стисло про головне

Ступінь окиснення - загальна характеристика атомів хімічних елементів. Так називають умовний заряд, який виникає на атомі внаслідок переходу електронів від одних атомів до інших або зміщення спільних електронних пар у бік атомів більш електронегативних елементів. Ступені окиснення позначають у формулах речовин над символами елементів.

Зміна ступенів окиснення хімічних елементів (чи їхня незмінність) - одна з ознак, за якими класифікують хімічні реакції.

Окисно-відновні реакції супроводжуються переходом або зміщенням валентних електронів від атомів з меншою електронегативністю до атомів з більшою електронегативністю.

Процес втрати електронів атомом називають окисненням, а процес гриєднання електронів - відновленням. Атоми або йони, які приєднують - електрони, називають окисниками, а ті, які віддають електрони, - відновниками. Також окисниками чи відновниками називають речовини, доскладу яких входять ці атоми або йони.

Окиснення і відновлення - дві протилежні сторони одного окисно-відновного процесу. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник, - існує електронний баланс. Методом електронного балансу добирають коефіцієнти в окисно-відновних реакціях.

Застосуйте свої знання й уміння

1. Виберіть запис, який відповідає процесу окиснення:

2. Остап і Тарас посперечалися. Тарас стверджував, що згоряння вугілля у грубці - процес окиснення Карбону. Остап переконував його, що це процес відновлення Оксигену. Долучіться до їхньої дискусії й поясніть, хто з хлопців має рацію.

3. Опишіть перебіг хімічних реакцій, схематично зображених на малюнку 1 Поясніть спостережувані зовнішні ефекти, розглянувши реакції з точки зору окиснення-відновлення. Запишіть у повному та скороченому йонному вигляді відповідні хімічні рівняння.

4. За схематичними зображеннями на малюнку 14.8 визначте, у якій з реє Бром є відновником. За таблицею розчинності визначте, йодиди й броміди яких саме металічних елементів можна використати у цій реакції. Складіть хімічні рівняння обох реакцій, розгляньте їх з точки зору окиснення-відновлення, запишіть у повному й скороченому йонному вигляді. Поясніть, чого після закінчення реакції (1) до її продуктів добавили неполярний чинник ССІ₄.

5. Виберіть загальне число приєднаних електронів в електронному балансі реакції, схема якої С + 0₂ → С0₂: А 1; Б 2; В 3; Г 4.

6. Виберіть загальне число приєднаних електронів в електронному балансі реакції між алюмінієм і хлоридною кислотою: АЗ; Б 6; В 9; Г 12.

7. Виберіть відновник у реакції між цинком і розбавленою сульфатною кислотою: А Н⁺;Б S⁺⁶;В Zn°;Г O^-2.

8.  Доповніть запис електронного балансу і складіть за ним рівняння окисно-відновної реакції:

9. Виберіть схеми реакцій, у яких Гідроген - окисник:
А N₂ + Н₂ → NN3;
Б СН₄ → С + Н₂;
В Zn + НСІ → ZnСІ₂ + Н₂↑;
Г Н₂S0₄ + КОН → К₂S0₄ + Н₂0;
Д Н₂ + СІ₂ → НСІ;
Е СuО + Н₂ → Сu + Н₂0.

10. Виберіть окисно-відновні процеси:
А Розрядження акумулятора; Б Плавлення льоду; В Реакція нейтралізації; Г Ржавіння заліза; Д Вибілювання волосся; Ж Гниття.

11. Наведіть по два приклади окисно-відновних реакцій, які водночас є реакціями: а) сполучення; б) розкладу; в) заміщення.

12. На уроці української мови учні наводили приклади антонімів. Марійка склала таку таблицю:

Оцініть правильність виконання завдання, аргументуйте свою думку.

13. Руслана, характеризуючи реакцію заліза із сіркою з точки зору окиснення-відновлення, вжила такі слова: метал, неметал, оксид, відновник, окиснення, відновлення, залізна ожарина. Оцініть правильність виконання завдання, аргументуйте свою думку.

14. Проаналізуйте зміст третьої колонки таблиці 13.1 й визначте, про що ви дізналися і чого навчилися, опрацювавши § 14.

Скарбничка досвіду

Дізнайтеся, використовуючи різноманітні джерела інформації, про так звані дерева Діани, Юпітера та Сатурна. Яке з цих «дерев» не можна вирощувати в шкільній хімічній лабораторії? Чому? Під керівництвом учителя виконайте досліди й зафіксуйте спостереження. Розгляньте пророблені реакції з точки зору окиснення-відновлення. За результатами дослідження підготуйте презентацію.

Г. А. Лашевська, Хімія, 9 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів

_{Планування з хімії, підручники та книги онлайн, курси та завдання з хімії для 9 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.