2 Проверяемые элементы содержания Требования к уровню подготовки выпускников Степень окисления химических элементов. Окислитель и восстановитель. Реакции окислительно- восстановительные Определять степень окисления химических элементов в соединении; окислитель и восстановитель. Применять основные положения химических теорий для анализа строения и свойств веществ. Объяснять сущность окислительно- восстановительных реакций. Составлять уравнения химических реакций Реакции окислительно-восстановительные
Правила для определения степеней окисления атомов В простых веществах степень окисления элементов равна нулю Высшая (максимальная) степень окисления элементов II—VII А групп, как правило, равна номеру группы, в которой находится элемент в периодической таблице Д.И. Менделеева Низшая (минимальная) степень окисления металлов равна нулю. Низшая степень окисления неметаллов обычно равна: − (8 − номер группы, в которой находится элемент) Значения степеней окисления элемента между высшей и низшей степенями окисления называются промежуточными Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю, а в сложном ионе – заряду иона 2 Какие важнейшие понятия и правила темы «ОВР» следует усвоить?
Некоторые элементы во всех сложных соединениях имеют постоянную степень окисления : Элементы с постоянной степенью окисления Степень окисления Щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr +1 Все элементы II группы, кроме Hg: Be, Mg, Ca, Sc, Ba, Ra, Zn, Cd +2 А л ю мин и й Al +3 Фтор F −1 3 Правила для определения степеней окисления атомов
Водород и кислород в большинстве сложных соединений имеют постоянные степени окисления, но есть исключения: Элемент Степень окисления в большинстве соединений Исключения Н +1 Гидриды активных металлов : LiH, NaH, KH, CaH 2 и др. – степень окисления водорода равна -1 O −2 Пероксиды водорода и металлов : H 2 O 2, Na 2 O 2, BaO 2 и др. – степень окисления кислорода равна -1. Фторид кислорода OF 2 – степень окисления кислорода равна +2 Правила для определения степеней окисления атомов Все остальные элементы имеют в сложных соединениях переменные степени окисления 4
Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степеней окисления элементов. Восстановитель – элемент, отдающий электроны. Его степень окисления повышается. Окислитель – элемент, принимающий электроны. Его степень окисления понижается. Важно ! В ОВР должен быть и окислитель, и восстановитель.
При окислении степень окисления элемента повышается.
При восстановлении степень окисления элемента понижается.
Элемент в высшей степени окисления может проявлять только окислительные свойства, в то время как элемент в низшей степени окисления —только восстановительные. Производные в промежуточной степени окисления могут быть как окислителями, так и восстановителями, например: Видно, что в первой реакции железо (III) восстанавливается до железа (II), в то время как во второй — окисляется до железа (VI).
Только окислители Только в о с с т анов и тели И окислители, и восстановители Степень оки с л ения элемента высшая низшая промежуточная Примеры N +5 : HNO 3 и нитраты; S +6 : H 2 SO 4 и сульфаты; Cr +6 : хроматы и бихроматы; Mn +7 : KM nO 4 ; Pb +4 : PbO 2 N -3 : NH 3 и его произв о д н ые; S -2 : H 2 S и сульфиды; Cl -1, Br -1, I - 1 : HCl, HBr, HI и соответствующие галогениды Простые веществ а - неметаллы : N 2, S, H 2, P, С и др. S +4 : SO 2 и сульфиты; N +4 : NO 2 ; Mn +4 : MnO 2 Процесс окисления всегда сопровождается процессом восстановления! 13 Важнейшие окислители и восстановители
Окислители Продукты реакции. Примеры 1. Простые вещества-неметаллы Галогены F 2, Cl 2, Br 2, I 2 В кислой среде : галогеноводороды HF, HCl, HBr, HI : 4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O = 8 HCl + H 2 SO 4 В щелочной среде : соли галогеноводородных кислот: 3I 2 + 6NaOH = NaIO 3 + 5 NaI + 3H 2 O Кислород О 2 О -2 (как правило): 2Mg + O 2 = 2 MgO Сера S С водородом и металлами при нагревании сероводород Н 2 S и сульфиды (соответственно): S + H 2 = H 2 S 2Al + 3S = Al 2 S 3 10
Окислители Продукты реакции. Примеры 2. Кислородсодержащие кислоты и их соли, в состав которых обычно входят атомы элементов в высшей степени окисления Азотная кислота HNO 3 Чем активнее восстановитель и чем меньше концентрация кислоты, тем глубже протекает восстановление азота: концентрация кислоты NO 2 NO N 2 O N 2 NH 4 + +4 +2 +1 0 −3 | | | | | активность восстановителя 11
Окислители Продукты реакции. Примеры Концентрированная азотная кислота HNO 3 С малоактивными металлами и с неметаллами преимущественно образуется NO 2 ( бурый газ ): Cu + 4HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO 2 + 2H 2 O P + 5HNO 3 (конц.) = H 3 PO 4 + 5 NO 2 + H 2 O Разбавленная азотная кислота HNO 3 С малоактивными металлами преимущественно образуется NO : Сu + 8HNO 3 (разб.) = 3Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4H 2 O С активными металлами преимущественно образуется N 2 O или N 2 ( в действительности — смесь продуктов восстановления азотной кислоты! ): 4Zn + 10HNO 3 (разб.) = 4Zn(NO 3 ) 2 + N 2 O + 5H 2 O 5Zn + 12HNO 3 (разб.) = 5Zn(NO 3 ) 2 + N 2 + 6H 2 O Очень разбавленная азотная кислота HNO 3 С активными металлами возможно образование NH 3 ( NH 4 NO 3 ): 4Mg + 10HNO 3 (оч.разб.) = 4Mg(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O 16
Окислители Продукты реакции. Примеры Нитрат-ион NO 3 ¯ В растворах под действием активных металлов — NH 3, в расплавах – соответствующие нитриты : в растворе: 4Zn + KNO 3 + 7KOH + 6H 2 O = 4 K 2 [Zn(OH) 4 ] + NH 3 в расплаве: Zn + NaNO 3 + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + NaNO 2 + H 2 O 13
Окислители Продукты реакции. Примеры Концентрированная серная кислота H 2 SO 4 Чем активнее восстановитель и чем выше концентрация кислоты, тем глубже протекает восстановление серы: концентрация кислоты SO 2 S Н 2 S + 4 0 - 2 | | | активность восстановителя 14
Окислители Продукты реакции. Примеры Концентрированная серная кислота H 2 SO 4 С малоактивными металлами (Cu, Ag и др.), HBr и некоторыми неметаллами (С, S) — SO 2 : 2Ag + 2H 2 SO 4 (конц.) = Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O 2HBr + H 2 SO 4 (конц.) = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O C + 2H 2 SO 4 (конц.) = CO 2 + 2 SO 2 + 2H 2 O С активными металлами (Zn, Mg, Al, Ca и др.) — свободная сера S или сероводород H 2 S : 3Mg + 4H 2 SO 4 (конц.) = 3MgSO 4 + S + 4H 2 O 8Al + 15H 2 SO 4 (конц.) = 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 S + 12H 2 O 15
Окислители Продукты реакции. Примеры Перманганат калия KMnO 4, манганат калия K 2 MnO 4, оксид марганца(IV) MnO 2 В кислой среде — соли Мn 2+ (обесцвечивание): 2KMnO 4 + 5K 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 3H 2 O K 2 MnO 4 + 2K 2 S + 4H 2 SO 4 = MnSO 4 + 2S + 3K 2 SO 4 + 4H 2 O MnO 2 + 2Fe(NO 3 ) 2 + 4HNO 3 = Mn(NO 3 ) 2 + 2Fe(NO 3 ) 3 + 2H 2 O В нейтральной или слабощелочной среде KMnO 4 и K 2 MnO 4 восстанавливаются до MnO 2 ( бурый осадок ) 2KMnO 4 + 3NaNO 2 + H 2 O = 2 MnO 2 + 3NaNO 3 +2KOH K 2 MnO 4 + K 2 S + 2H 2 O = S + MnO 2 + 4KOH В сильнощелочной среде — K 2 MnO 4 ( раствор зеленого цвета ): 2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH = 2 K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O 16
KMnO 4 Среда Схема полуреакции Кислая Mn +7 + 5e - → Mn +2 (обесцвечивание) MnO ¯ + 8H + + 5e - → Mn 2+ + 4H O 4 2 Нейтральная Mn +7 + 3e - → Mn +4 ¯ - ¯ MnO 4 + 2H 2 O + 3e → MnO 2 ↓ + 4OH бурый осадок Щелочная Mn +7 + e - → Mn +6 ¯ - 2- MnO 4 + e → MnO 4 раствор зеленого цвет а 17
Окислители Продукты реакции. Примеры Хроматы (K 2 CrO 4 ) и бихроматы (K 2 Cr 2 O 7 ) В кислой среде — соединения Cr +3 (соответствующие соли CrCl 3, Cr 2 (SO 4 ) 3, Cr(NO 3 ) 3 ): K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + 4H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3S + K 2 SO 4 + 7H 2 O Кислородсодержащие кислоты хлора и брома (HClO, HClO 3, HClO 4, HBrO 3 ) и их соли Ионы Cl‾ и Br‾ : HClO 3 + S + H 2 O = HCl + H 2 SO 4 3KClO 4 + 8Al + 12H 2 SO 4 = 3 KCl + 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O KBrO + MnCl 2 + 2KOH = KBr + MnO 2 + 2KCl + H 2 O К и сл о р о д с о д е рж а щ ие кислоты иода (HIO 3, HIO 4 ) и их соли Иод I 2, под действием более сильных восстановителей образует иодид-ион I‾ : HIO 3 + 5HI = 3 I 2 + 3H 2 O 7KI + KIO 4 + 4H 2 SO 4 = 4 I 2 + 4K 2 SO 4 + 4H 2 O HIO 3 + 3H 2 S = HI + 3S + 3H 2 O 22
Окислители Продукты реакции. Примеры 3. Ион Н + и катионы металлов в высшей степени окисления (Fe 3+, Cu 2+, Hg 2+ и др.) Ион Н + Водород Н 2 : 2HCl + Mg = MgCl 2 + H 2 Катионы металлов в высшей степени окисления (Fe 3+, Cu 2+, Hg 2+ ) Ионы с более низкой степенью окисления : 2CuSO 4 + 4KI = 2 CuI + I 2 + 2K 2 SO 4 2FeCl 3 + H 2 S = 2 FeCl 2 + S + 2HCl 19
Восстановители Продукты реакции. Примеры 1. Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, Zn, Al, Fe и др.) и некоторые неметаллы (H 2, C, P, Si) Активные металлы В кислой среде — соответствующие катионы (соли): Fe + H 2 SO 4 (разб.) = FeSO 4 + H 2 В щелочной среде металлы Zn и Al — соответственно гидроксоцинкаты или гидроксоалюминаты : 4Zn + NaNO 3 + 7NaOH + 6H 2 O = NH 3 + 4 Na 2 [Zn(OH) 4 ] 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2 Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 20
Восстановители Продукты реакции. Примеры Неметаллы Углерод — СО или СО 2 : С + FeO = Fe + CO C + 4HNO 3 ( конц.) = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O Фосфор под действием сильных окислителей окисляется до Н 3 РО 4 : P + 5HNO 3 (конц.) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O 21
Восстановители Продукты реакции. Примеры 2. Бескислородные кислоты (HCl, HBr, HI, H 2 S) и их соли; гидриды щелочных и щелочноземельных металлов (NaH, CaH 2 и др.) Бескислородные кислоты (HCl, HBr, HI, H 2 S) и их соли Нейтральные атомы или молекулы, способные в некоторых случаях к дальнейшему окислению : 8KI + 5H 2 SO 4 = H 2 S + 4 I 2 + 4K 2 SO 4 + 4H 2 O H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 О = 8HCl + H 2 SO 4 При обжиге сульфидов p- и d- элементов — SO 2 : 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2 SO 2 HgS + O 2 = Hg + SO 2 Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов Водород Н 2 : NaH + H 2 O = NaOH + H 2 26
Восстановители Продукты реакции. Примеры 3. Катионы металлов в низшей степени окисления (Fe 2+, Cu + Sn 2+ и др.) , Соединения с более высокой степенью окисления металла: SnCl 2 + Cl 2 = SnCl 4 6CuCl + K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl(разб.) = 6 CuCl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 O 6FeSO 4 + KClO 3 + 3H 2 SO 4 = 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 + KCl + 3H 2 O Катион Cr 3+ проявляет сильную восстановительную активность в щелочной среде, окисляясь до хромат-иона CrO 4 2- ( но не до бихромат-иона Cr 2 O 7 2- ! ): Сr 2 (SO 4 ) 3 + 16NaOH + 3Br 2 = 2 Na 2 CrO 4 + 6NaBr + 3Na 2 SO 4 + 8H 2 O 27
Окислитель Восстановитель Азотистая кислота НNO 2 и нитриты Под действием сильных восстановителей ( H 2 S, HI, KI ) восстанавливаются, как правило, до NO (иногда — до других соединений азота в более низких степенях окисления): 2HNO 2 + 2HI = 2 NO + I 2 + 2H 2 O Под действием сильных окислителей ( KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3 и др.) окисляются до азотной кислоты HNO 3 или её солей : 5NaNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5 NaNO 3 + + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O Иод в свободном состоянии Восстанавливается до I¯ 1 : I 2 + H 2 S = S + 2 HI 3I 2 + 2P = 2 PI 3 I 2 + Fe + = FeI 2 Под действием сильных окислителей ( Сl 2, HNO 3, KBrO 3 и др.) окисляется до иодноватой кислоты НIO 3 или её солей: I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2 HIO 3 + 10HCl I 2 + 2KBrO 3 = 2 KIO 3 + Br 2 28
Окислитель Восстановитель Сера в свободном состоянии и соединения серы в степени окисления +4 (SO 2, H 2 SO 3, сульфиты) Cера S Водородом Н 2 и металлами восстанавливается до S -2 : S + H 2 = H 2 S S + Fe = FeS Под действием О 2, Сl 2, конц. H 2 SO 4, конц. HNO 3, KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 и др. окисляется до S +4 или S +6 : S + 2H 2 SO 4 (конц.) = 3 SO 2 + 2H 2 O S + 2KMnO 4 = К 2 SO 4 + 2MnO 2 SO 2, H 2 SO 3 и сульфиты Сероводородом Н 2 S, углер одом С, активными металлами восстанавливаются до S 0 или S -2 : Н 2 SO 3 + 2H 2 S = 3 S + 3H 2 O SO 2 + C = S + CO 2 Na 2 SO 3 + 3Zn + 8HCl = H 2 S + + 3ZnCl 2 + 2NaCl + 3H 2 O Под действием сильных окислителей ( О 2, KClO 3, HClO 4, KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, конц. HNO 3 и др.) окисляются до S +6 : SO 2 + 2HNO 3 (конц.) = H 2 SO 4 + 2NO 2 3K 2 SO 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 4 K 2 SO 4 + + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4H 2 O 29
Окислитель Восстановитель Пероксид водорода Н 2 О 2 Восстанавливается до кислорода O -2 : 4H 2 O 2 + PbS = PbSO 4 + 4 H 2 O Окисляется до кислорода О 2 : 3H 2 O 2 + 2KMnO 4 = 3 O 2 + 2MnO 2 + 2KOH + 2H 2 O 26
Тип ОВР Примеры 1. Межмолекулярные: элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав молекул различных веществ I 2 + H 2 S = 2HI + S 2. Внутримолекулярные: элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав одного вещества 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2 3. Реакции конпропорционирования: функции окислителя и восстановителя выполняет один и тот же элемент в разных степенях окисления, который входит в состав разных веществ или в состав одного и того же вещества 5HI + HIO 3 = 3I 2 + 3H 2 O (межмолекулярное конпропорционирование) NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O (внутримолекулярное конпропорционирование) 27
Тип ОВР Примеры 4. Реакции ди с пр о по р ц и о н и р ов а н и я (самоокисления- самовосстановления): атомы одного и того же элемента в одной и той же степени окисления являются и окислителем и восстановителем. Характерны для соединений, в которых элемент находится в промежуточной степени окисления 2 H 2 O 2 = O 2 + 2H 2 O 3 S + 6KOH = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O Г 2 – Cl 2 или Br 2 : 3 Г 2 + 6NaOH = NaClO 3 + 5NaCl + 3H 2 O (при нагревании) Г 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O (на холоде) 3 I 2 + 6NaOH = NaIO 3 + 5NaI + 3H 2 O P 4 + 3KOH + 3H 2 O = PH 3 + 3KH 2 PO 2 2 NO 2 + 2NaOH = NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O 3 HNO 2 = HNO 3 + 2NO + H 2 О 4 K 2 SO 3 = 3K 2 SO 4 + K 2 S (600 о С) 28
29
Применяем знания о закономерностях протекания окислительно-восстановительных реакций при выполнении различных заданий! 30
Применяем знания о закономерностях протекания окислительно-восстановительных реакций при выполнении различных заданий! 31
Применяем знания о закономерностях протекания окислительно-восстановительных реакций при выполнении различных заданий! 32
33 Задача 1
34 Задача 2
35 Задача 3
36 Задача 4
37 Задача 5
38 Задача 6
39 Задача 7
Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: Оксид углерода ( 4 ), оксид железа (2,3), соляная кислота, азотная кислота ( разб.), кремниевая кислота. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна окислительно-восстановительная реакция, и запишите уравнение этой реакции. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: Сульфид меди(2), соляная кислота, азотная кислота ( разб.), нитрат свинца (2), оксид кремния (4) Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна окислительно-восстановительная реакция, и запишите уравнение этой реакции. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: ацетат натрия, хлор, бром, гидроксид калия, серная кислота, нитрат хрома(III). Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня выберите темную жидкость, пары которой ядовиты, и вещество, которое вступает с ней в окислительно-восстановительную реакцию, которая сопровождается образованием яркоокрашенного раствора соли, являющейся сильным окислителем. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: дихромат калия, ацетат калия, йодид калия, гидроксид лития, нитрит калия, серная кислота. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня выберите соль и вещество, которое вступает с ней в окислительно-восстановительную реакцию с образованием осадка. В ходе этой реакции одна молекула окислителя принимает один электрон. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения заданий используйте следующий перечень веществ: перманганат калия, сульфид натрия, соляная кислота, фосфид кальция, хлорноватистая кислота, сульфид меди(II). Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня выберите кислоту и вещество, которое вступает с ней в окислительно-восстановительную реакцию, сопровождающуюся образованием осадка. Выделение газа при этом не происходит. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: хлорид аммония, перманганат калия, нитрат серебра, хлорид железа(III), йодид натрия, дихромат калия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня выберите два вещества, между которыми протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате которой образуется только одно нерастворимое вещество. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: перманганат натрия, гидросульфат калия, серная кислота, гидроксид бария, пероксид калия, нитрат меди(II). Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми протекает окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся обесцвечиванием раствора и выделением бесцветного газа. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: железная окалина, хлорид железа(III), серная кислота, гидроксид лития, нитрат натрия, гидрофосфат аммония. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции. Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием окрашенного раствора. При этом одна молекула окислителя принимает два электрона. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Задание 29 ЕГЭ 1) Нитрат бария, сульфид калия, соляная кислота, нитрит натрия, перманганат калия, ацетат железа(II). ОВР: выделяется газ. 2) Пероксид водорода, сульфид цинка, гидроксид калия, гидроксид хрома(III), сульфат аммония, хлорид бария. ОВР: образуется раствор жёлтого цвета. 3) Серная кислота, гидрокарбонат бария, сульфат калия, оксид меди( I ), оксид марганца( IV ), гидроксид калия. ОВР: выделяется газ. 4) Ацетат бария, гидросульфат натрия, оксид железа( II ), пероксид водорода, гидроксид хрома( III ), серная кислота. ОВР: выделяется газ с резким запахом. 5) Гидроксид бария, сульфит калия, аммиак, нитрат серебра, перманганат калия, дигидрофосфат калия. ОВР: образуется простое газообразное вещество. 6) Хромат калия, оксид серы( IV ), нитрит калия, хлор, ацетат серебра, хлорид кальция. ОВР: образуется бесцветный раствор, содержащий только кислоты.
