Химические реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов в молекулах реагирующих веществ, называютсяокислительно – восстановительными реакциями.

Что же происходит с элементами при окислительно – восстановительных реакциях?

Обратимся к уравнению химической реакции взаимодействия медного купороса и железа

 

Восстановитель+Окислитель=Продукт

 

 

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

Cu⁺² + 2e = Cu⁰

Fe⁰ - 2e = Fe ⁺²

Во многих ОВР очень трудно расставить коэффициенты, для этого используют метод электронного баланса, который основан на сравнении степеней окисления в исходных и конечных веществах.

Рассмотрим метод электронного баланса

В основе метода электронного баланса лежит правило:

Общее число электронов, которые отдает восстановитель, всегда равно общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.

Правила составления уравнений ОВР методом электронного баланса:

1.Соствить схему реакции:

HNO₂ + H₂S →NO + S + 2H₂O

 

2. Определить, атомы каких элементов меняют степени окисления:

HN⁺³O₂ + H₂S^–2 →N ⁺²O + S⁰ + H₂O

3. Составить электронные уравнения процессов восстановления и окисления:

N⁺³ + 1e^- → N⁺² восстановление, является окислителем
S^–2 - 2e^- → S⁰ окисление, является восстановителем

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

N⁺³ + 1e^- → N⁺² 1 │ │2

│2
S^–2 - 2e^- → S⁰ 2 │ │1

5) Подставим найденные коэффициенты в уравнение ОВР:

2HN⁺³O₂ + H₂S^–2 →2N ⁺²O + S⁰ + H₂O

6) Затем подобрать коэффициенты перед формулами других веществ.

2HN⁺³O₂ + H₂S^–2 →2N ⁺²O + S⁰ + H₂O

 

7) Правильность подбора коэффициентов проверяют подсчитывая число атомов кислорода в правой и левой частях уравнения.

 

Типы ОВР:

 

1. Межмолекулярные реакции- реакции. Которые идут с изменением степеней окисления атомов в различных молекулах. Например:

2KMn⁺⁷O₄ + 5H₂O₂^–1 + 3H₂SO₄ ---- 2Mn ⁺²SO₄ + 5O₂⁰ + K₂SO₄ + 8H₂O

 

 

2. Внутримолекулярные реакции- реакции, в которых атомы, изменяющие свои степени окисления, находятся в одной молекуле. Например:

2NaN⁺⁵O₃^–2 ---- 2NaN⁺³O₂ + O₂⁰

 

3. Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления)- реакции, которые идут с изменением степени окисления атомов одного и того же элемента. Например:

2N⁺⁴O₂ + H₂O ---- HN⁺³O₂ + HN⁺⁵O₃

Игра «Ассорти». Из предложенного списка выбрать вещества, которые являются:KMnO_4, HNO_3, H₂SO₄, NH₃, H₂S, HBr, HCl, Cl₂, O₂, HNO_2, H₂SO₃

1. Только окислителями

2. Только восстановителями

3. Проявляют окислительно-восстановительные свойства

Вернемся к вопросам, поставленным нами в начале занятия:

Где в окружающем нас мире мы встречаемся с окислительно–восстановительными реакциями?

Какую роль они играют в жизни человека?

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – самые распространенные и играют большую роль в природе и технике. Они являются основой жизнедеятельности. С ними связано дыхание и обмен веществ в живых организмах, гниение и брожение, фотосинтез в зеленых частях растений. Их можно наблюдать при сгорании топлива, в процессах коррозии металлов и при электролизе. Они лежат в основе металлургических процессов и круговорота элементов в природе. С их помощью получают аммиак, щелочи, азотную, соляную и серную кислоты и многие другие ценные продукты. Благодаря окислительно-восстановительным реакциям происходит превращение химической энергии в электрическую в гальванических элементах, аккумуляторах и топливных элементах.

Фотосинтез – образование зелеными растениями и некоторыми бактериями органических веществ с использованием энергии солнечного света. Происходит фотосинтез при участии пигментов (у растений хлорофиллов). В основе фотосинтеза лежат окислительно-восстановительные реакции, в которых электроны переносятся от донора (например, H₂O, H₂S) к акцептору (CO₂) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением O₂(если донор электронов H2O), S (если донор электронов, например, H2S) и др.

Фотосинтез – один из самых распространенных процессов на Земле, обусловливает круговорот в природе углерода, кислорода и др. элементов. Он составляет материальную и энергетическую основу всего живого на планете.

Около 7% органических продуктов фотосинтеза человек использует в пищу, в качестве корма для животных, а также в виде топлива и строительного материала.

Водород, необходимый для восстановления диоксида углерода до глюкозы, берется из воды, а выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород является побочным продуктом. Процесс нуждается в энергии света, так как вода сама по себе не способна восстанавливать диоксид углерода.

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм атмосферного или растворенного в воде О₂, использование его в ОВР, а также удаление из организма СО₂ и некоторых других соединений – конечных продуктов обмена веществ. При дыхании кислород участвует главным образом в окислении органических соединений с образованием Н₂О или Н₂О₂ (в некоторых случаяхО2-)или включается в молекулу окисляемого вещества.

Дыхание – сложный комплекс физиологических и биохимических процессов, в котором можно выделить ряд основных стадий:

1)внешнее дыхание – поступление кислорода из среды в организм, осуществляемое с помощью легких;

2)транспорт кислорода от легких ко всем другим органам, тканям и клеткам с помощью кровеносной системы при участии специальных белков – переносчиков кислорода (гемоглобин, миоглобин, гемоцианин и др.);

3)тканевое, или клеточное, дыхание – собственно биохимический процесс восстановления кислорода в клетках при участии большого числа разных ферментов.

Еще одной разновидностью взаимодействия кислорода и сложных веществ является процесс гниения. Вы, наверное, видели как над кучами гниющего мусора или каких-либо отходов, особенно, по утрам, понимается пар. Это сложные вещества вступают в реакцию с кислородом воздуха. В результате этой реакции образуется вода и выделяется теплота, благодаря которой вода превращается в пар.

Можно сказать, что гниение и дыхание – это «медленное горение». Эти процессы широко распространены в природе.

Общим для всех рассмотренных процессов с участием кислорода O2 является то, что продуктами реакции в них являются сложные вещества, которые образуются путем присоединения атомов кислорода к атомам других элементов.

Окисление – химическая реакция, в результате которой происходит присоединение атомов кислорода к атомам других элементов. При сгорании сложного вещества сахарозы в кислороде протекает окисление. В этом процессе происходит соединение атомов кислорода с атомами углерода и водорода. При этом образуются углекислый газ и вода.

Окисление может сопровождаться выделением большого количества теплоты и света – тогда это реакция горения, а также протекать в виде «медленного горения» – дыхания и горения. Во всех этих случаях происходит присоединение атомов кислорода к атомам других химических элементов, которые входили в состав сложного вещества. В результате процессов горения, гниения и дыхания образуются новые сложные вещества (обычно оксиды).