Тема 10. Окисно-відновні реакції (ОВР).

 

Ступінь окиснення елемента (С.О.) – це число, яке показує кількість частково або повністю зміщених електронів від одного атома до іншого у формулі речовин.

С.О. елемента записується біля кожного елемента справа вверху (запис здійснюється таким чином: спочатку записується заряд, а потім число: Н⁺¹,

О^-2, Fe⁺³, Ca⁰) у формулі речовини. С.О. елемента стосується тільки одногоатома елемента у формулі речовини..

Правила визначення С.О. елементів у формулах речовин:

1. С.О. атомів Гідрогену (Н) у складних речовинах завжди дорівнює +1 (крім гідридів металів - NaH ^-1, CaH₂^-1, AlH₃^-1 ).

2. С.О. атомів Оксисену (О) у складних речовинах завжди дорівнює -2 (крім формул – H₂ ⁺¹О₂ ^-1, О⁺²F₂^-1 )

3. С.О. атомів Металів у складних речовинах завжди позитивний, а числове значення відповідає валентності.

4. С.О. атомів у простих речовинах завжди дорівнює 0.

5. Сума всіх позитивних С.О. елементів дорівнює сумі всіх негативних С.О. елементів у формулі речовини.

Наприклад: H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2; H₃⁺¹P⁺⁵O₄^-2; K₂⁺¹Cr⁺⁶O₄^-2;

+2 -8 +3 -8 +2 -8

Окисно-відновні реакції (ОВР) будемо розглядати, користуючись методом електронного балансу:

4Р⁰ + 5О₂⁰ = 2Р₂⁺⁵О₅^-2

Р⁰ - 5е = Р⁺⁵ 4 - реакція окиснення

О₂⁰ + 4е = 2О^-2 5 – реакція відновлення

Р⁰ - відновник;

О₂⁰ - окисник.

Відновник – це елемент, який віддає електрони.

Окисник – це елемент, який приймає електрони.

Відновлення – це процес приймання електронів.

Окиснення – це процес віддачі електронів.

Відновник віддає електрони при цьому підвищує свій С.О. елементів, але сам при цьому окислюється.

Окисник приймає електрони при цьому понижує свій С.О. елементів, але сам при цьому відновлюється.

Якщо елемент має декілька С.О. то елемент з найменшою С.О. є тільки відновником, з найвищою С.О. – тільки окисником, а з проміжною С.О. –

І окисником, і відновником одночасно.

Наприклад:

С.О. S -2; │ 0; +4; │ +6

тільки відновник │ і окисник, і │ тільки окисник

відновник

ОВР поділяються на такі види:

 

 

1. Реакція міжмолекулярного окиснення і відновлення

2K⁺¹ Mn ⁺⁷O₄^-2 + 16H⁺¹ Cl^-1 = 2 Mn ⁺²Cl₂^-1 + 2K⁺¹Cl^-1 + 5 Cl₂⁰ + 8H₂⁺¹O^-2

Mn⁺⁷ + 5е = Mn⁺² 2 - реакція відновлення

2Cl^-1 - 2е = Cl₂⁰ 5 – реакція окиснення

Mn⁺⁷ - окисник;

Сl^-1 - відновник.

 

Реакція внутрішньомолекулярного окиснення і відновлення

2K⁺¹ Сl ⁺⁵ O₃ ^-2 = 2K⁺¹ Cl^-1 + 3 O₂⁰

Cl⁺⁵ + 6е = Cl^-1 2 - реакція відновлення

2O^-2 - 4е = O₂⁰ 3 – реакція окиснення

Cl⁺⁵ - окисник;

O^-2 - відновник.

 

Реакція самоокиснення і самовідновлення (диспропорціонування)

Cl₂⁰ + 6Na⁺¹O^-2H⁺¹= 5 Na ⁺¹Cl^-1 + Na⁺¹Cl⁺⁵O₃^-2 + 3H₂⁺¹O^-2

Cl₂⁰ + 2е = 2Cl^-1 5 - реакція відновлення

Cl₂⁰ - 10е = 2Cl⁺⁵ 1 – реакція окиснення

Cl₂⁰ - окисник і відновник

 

Реакція конпропорціонування

N^-3H₄N⁺³O₂ = N⁰₂ + 2H₂O

N^-3 - 6е = N⁰ ₂ 1 - реакція окиснення

N⁺³ + 6е = N⁰₂ 1 – реакція відновлення

N^-3 - відновник

N⁺³ - окисник

S⁺⁴O₂ + 2H₂S^-2 = 3S⁰ + 2H₂O

S⁺⁴ + 4е = S⁰ 1 - реакція відновлення

S^-2 - 2е = S⁰ 2 – реакція окиснення

 

S⁺⁴ - окисник

S^-2 - відновник

При чому реакції конпропорціонування також можуть бути внутрішньо (перший приклад) і міжмолекулярними (другий приклад).

 

Розгляд реакцій як ОВР методом електронного балансу використовується для урівнювання рівнянь реакцій, якщо класичним способом є неможливо.

 

Додаткові вправи:

Розглянути реакції як окисно-відновні методом електронного балансу, вказати окисник та відновник, реакції окиснення і відновлення:

1.^⃰ Mg + HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

2.^⃰ K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O!

3. K Mn O₄ = Mn O₂ + K₂MnO₄ + O₂⁰.!

4. P₄ + H₂O = H₃PO₄ + H₂

5. FeS₂ + O₂ = Fe₂O₃ + SO₂ !

6. Hg + HNO₃ = Hg₂(NO₃)₂ + NO + Н₂О!

7. K₂MnO₄ + H₂O = MnO₂ + KMnO₄ + KOH.!

8. Fe + Fe₂(SO₄)₃ = FeSO₄

9. (NH₄)₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂O = S + Cr(OH)₃ + KOH + NH₃

10. FeSO₄ + O₂ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + H₂O

11. Hg + Hg(NO₃)₂ = Hg₂(NO₃)₂

12. PbS + H₂O₂ = PbSO₄ + H₂O

13. H₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ = O₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

14. Fe(CrO₂)₂ + O₂ + K₂CO₃ = Fe₂O₃ + K₂CrO₄ + CO₂

15. H₃PO₄ + Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + PH₃ + H₂O

16. CrCl₂ + NO + HCl = CrCl₃ + N₂ + H₂O

17. Al + KMnO₄ + H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

18. Br₂ + Ca₃P₂ + H₂O = HBr + Ca₃(PO₄)₂

19. KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

20. P₂S₃ + HNO₃ = H₃PO₄ + H₂SO₄ + NO₂ + H₂O

21. KNO₃ + S + C = K₂SO₄ + CO₂ + N₂

22. KNO₃ + S + C = K₂S + CO₂ + N₂.

23. C + CrO₃ + H₂SO₄ = CO₂ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O

24. CrO = Cr + Cr₂O₃

25. KBrO₃ + KBr + H₂SO₄ = Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

26. NH₄NO₃ = N₂O + H₂O

27. Ca + H₂SO₄ = CaSO₄ + H₂S + H₂O

28. N₂O + CO = N₂ + CO₂

29. HNO₂ = NO + HNO₃ + H₂O

30. KH + H₂O = KOH + H₂

 

ІІ. Неорганічна хімія

Основні класи неорганічних сполук

 

Існують такі класи неорганічних сполук:

1. оксиди;

2. основи;

3. кислоти;

Солі.

Тема 11. Оксиди.

Оксиди – це складні речовини, що містять тільки два елементи, один з яких Оксиген.

Наприклад: СаО - кальцій оксид

СО₂ - карбон (IV) оксид

Na₂O - натрій оксид

Так як існують два види елементів – Ме і НеМе – тому є два класи оксидів:

1. оксиди металів;

2. оксиди неметалів

Оксиди металів поділяються на такі класи:

1. основні;

2. амфотерні;

Змішані.

Оксиди неметалів поділяються на такі класи:

1.кислотні;

2.подвійні;

3. несолетворні (індиферентні).

Бувають і інші класифікації оксидів.

Оксиди поділяються на такі класи:

1. солетворні;

2. несолетворні (індиферентні).

Солетворні оксиди поділяються:

1. основні;

2. кислотні;

3. амфотерні;

4. подвійні;

Змішані.

Основні оксиди.

Основні оксиди – це оксиди тільки металів із валентністю І або ІІ і їм відповідають основи.

Наприклад: Na₂O, CaO, FeO, CrO, МnO.

 

Хімічні властивості основних оксидів

Реакція з водою.

Деякі основні оксиди (тільки оксиди лужних та лужно-земельних металів) взаємодіють з водою, утворюючи луги.

K₂O + H₂O = 2KOH

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

FeO + H₂O ≠

1. Реакція з кислотами.

Всі основні оксиди взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду.

Реакція обміну.

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

3K₂O + 2H₃PO₄ = 2K₃PO₄ + 3H₂O

2. Реакція з кислотними або амфотерними оксидами.

Всі основні оксиди взаємодіють з кислотними або амфотерними оксидами утворюючи сіль. Реакція сполучення.

Na₂O + CO₂ = Na₂CO₃

 

Кислотні оксиди

Кислотні оксиди - це оксиди всіх неметалів і деяких металів із валентністю VI і VII і їм відповідають кислоти.

Наприклад: СО₂ - H₂CO₃ - карбонатна кислота

SO₂ - H₂SO₃ - сульфітна кислота

SО₃ - H₂SO₄ - сульфатна кислота

SiО₂ - H₂SiO₃ - силікатна кислота

N₂О₅ - HNO₃ - нітратна кислота

P₂O₅ - H₃PO₄ - ортофосфатна кислота

СrО₃ - H₂CrO₄ - хроматна кислота

Mn₂O₇ - HMnO₄ - перманганатна кислота

Хімічні властивості кислотних оксидів

Реакція з водою.

Всі кислотні оксиди (крім SiO₂) взаємодіють з водою, утворюючи кислоти.

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

SiO₂ + H₂O ≠

2. Реакція з лугами.

Всі кислотні оксиди взаємодіють з лугами (розчинні основи – NaOH,

KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂) утворюючи сіль і воду.

 

SiO₂ + Ba(OH)₂ = BaSiO₃ + H₂O

N₂O₅ + 2KOH = 2KNO₃ + H₂O

3. Реакція з основними або амфотерними оксидами.

Всі кислотні оксиди взаємодіють з основними або амфотерними оксидами утворюючи сіль. Реакція сполучення.

Na₂O + SO₃ = Na₂SO₄

 

Амфотерні оксиди

Амфотерні оксиди – це оксиди деяких металів, які одночасно проявляють властивості і кислотних і основних оксидів і їм одночасно відповідають і основа, і кислота.

Наприклад: ZnO - Zn(OH)₂ - H₂ZnO₂

BeO - Be(OH)₂ - H₂ВеO₂

Fe₂O₃ - Fe(OH)₃ - H₃FeO₃

Al₂O₃ - Al(OH)₃ - H₃AlO₃

Cr₂O₃ - Cr(OH)₃ - H₃CrO₃

 

Хімічні властивості амфотерних оксидів

Реакція з водою.

Амфотерні н оксиди не взаємодіють з водою

ZnO + H₂O ≠

 

 

2. Реакція з кислотами.

Всі амфотерні оксиди взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду, подібно як основні оксиди. Реакція обміну.

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O

Al₂O₃ + 2H₃PO₄ = 2AlPO₄ + 3H₂O

3. Реакція з лугами.

Всі амфотерні оксиди взаємодіють з лугами, утворюючи сіль і воду подібно як кислотні оксиди.

 

ZnO + Ba(OH)₂ = BaZnO₂ + H₂O

Al₂O₃ + 6KOH = 2K₃AlO₃ + 3H₂O

4. Реакція з кислотними або основними оксидами.

Всі амфотерні оксиди взаємодіють з кислотними або основними оксидами утворюючи сіль. Реакція сполучення.

ZnO + CO₂ = ZnCO₃

Al₂O₃ + 3K₂O = 2K₃AlO₃

 

Подвійні оксиди

Подвійні оксиди – це оксиди деяких неметалів (кислотні оксиди), яким відповідають по дві кислоти

Наприклад: → HN⁺³O₂ - нітритна кислота

N⁺⁴O₂ →

→ HN⁺⁵O₃ - нітратна кислота

 

→ HCl⁺³O₂ - хлоритна кислота

Cl⁺⁴O₂ →

→ HCl⁺⁵O₃ - хлоратна кислота

 

→ HCl⁺⁵O₃ - хлоратна кислота

Cl⁺⁶O₃ →

→ HCl⁺⁷O₄ - перхлоратна кислота

 

 

Хімічні властивості подвійних оксидів

Реакція з водою.

Всі подвійні оксиди взаємодіють з водою, утворюючи по дві кислоти.

2СlO₃ + H₂O = HClO₃ + HClO₄

 

2. Реакція з лугами.

Всі подвійні оксиди взаємодіють з лугами, утворюючи дві солі і воду.

 

4NO₂ + 2Ba(OH)₂ = Ba(NO₃)₂ + Ba(NO₂)₂ + 2H₂O

 

3. Реакція з основними або амфотерними оксидами.

Всі подвійні оксиди взаємодіють з основними або амфотерними оксидами утворюючи дві солі.

Na₂O + 2ClO₂ = NaClO₂ + NaClO₃

 

Змішані оксиди

Змішані оксиди – це оксиди деяких металів, що одночасно містять і основний і амфотерний оксид.

Наприклад: Fe₃O₄ (FeO·Fe₂O₃) - ферум(ІІ,ІІІ) оксид, залізна окалина

Для них характерна реакція тільки з кислотами, при цьому утворюються дві солі і вода.

Fe₃O₄ + 8HCl = Fe⁺²Cl₂ + 2Fe⁺³Cl₃ + 4H₂O

(Fe⁺²O·Fe⁺³₂O₃)

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ = Fe⁺²SO₄ + Fe⁺³₂(SO₄)₃ + 4H₂O

(Fe⁺²O·Fe⁺³₂O₃)

 

Несолетворні (індиферентні) оксиди

Несолетворні оксиди – це оксиди деяких Неметалів, які не взаємодіють ні з кислотами, ні з лугами і не утворюють солей.

Наприклад: N₂O, NO, CO.

Для них характерна реакція тільки з киснем (О₂):

2СО + О₂ = 2СО₂

2NO + O₂ = 2NO₂

2N₂O + O₂ = 4NO

 

Добування оксидів.

 

1. Реакція речовин(простих і складних) з киснем.

С + О₂ = СО₂

2Н₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O

2. Реакція розкладу деяких кислот.

H₂CO₃ = CO₂ + H₂O

4HNO₃ = 4NO₂ + 2H₂O + O₂

3. Реакція розкладу нерозчинної основи.

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

4. Реакція розкладу деяких солей.

CaCO₃ = CaO + CO₂

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

 

Забарвлення деяких основних оксидів(металів):

1. CuO – чорний колір

2. Сu₂O - червоний колір

3. Сr₂O₃ - зелений колір

4. Fe₂O₃ - бурий колір

Всі інші оксиди металів є білі тверді речовини.

 

Тема 12. Основи.

Основи – це складні речовина, які складаються з атомів металу і гідроксид-групи.

Наприклад.

NaOH - натрій гідроксид

Fe(OH)₂ - ферум(ІІ) гідроксид

Основи поділяють за:

І. за розчинністю у воді:

1. розчинні або луги;

2. нерозчинні.

Луги є електролітами. Луги – це електроліти, які дисоціюють на йони-Гідроксиду(ОН^-).

ІІ. За кількістю груп ОН:

1. однокислотні (NaOH, KOH);

2. багатокислотні (Fe(OH)₂, Al(OH)₃)

 

Хімічні властивості

 

І. Луги

1. Реакція зміни забарвлення індикаторів (реакція дисоціації)

Тільки розчинах лугів індикатори змінюють забарвлення:

Лакмус із фіолетового на синій

Метилоранж із оранжевого на жовтий

Універсальний індикатор із жовтого на синій

Фенолфталеїн із безбарвного на малиновий

NaOH ↔ Na⁺ + OH^-

2. Реакція з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами.

Тільки луги взаємодіють з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами утворюючи сіль і воду.

2 NaОН + CO₂ = Na₂CO₃ + Н₂О

3. Реакція з кислотами.

Всі луги взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду. Реакція обміну,

а називається реакція нейтралізації – це реакція між основою і кислотою.

NaOН + HCl = NaCl + H₂O

4. Реакція з солями.

Тільки луги взаємодіють з солями, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна речовина. Реакція обміну.

Fe Cl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

KNO₃ + NaOH ≠

CuSO₄ + Ba(OH)₂ = Cu(OH)₂↓+ BaSO₄↓

ІІ. Нерозчинні основи

1. Реакція з кислотами.

Всі нерозчинні основи взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду. Реакція обміну, а називається реакція нейтралізації.

Fe(ОН)₂ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O

2. Реакція розкладу при нагріванні.

Тільки нерозчинні основи при нагріванні розкладаються на оксид

металу і воду.

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

 

Добування основ

І. лугів.