Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Метод электронного баланса
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Метод электронного баланса
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов реагирующих веществ вследствие перехода (или перераспределения) электронов.
Степень окисления — это условный заряд атома в химическом соединении, вычисленный из предположения, что все полярные ковалентные связи полностью смещены к более электроотрицательному атому (т.е. вещество состоит только из ионов).
Правила определения степеней окисления:
1. В простых веществах степень окисления атомов ВСЕГДА равна нулю: H₂⁰, Fe⁰, O₂⁰, P₄⁰, S₈⁰.
2. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле строго равна 0, а в сложном ионе — заряду этого иона.
3. Постоянные степени окисления: фтор F всегда -1; щелочные металлы всегда +1; щелочноземельные металлы всегда +2; кислород O почти всегда -2 (кроме пероксидов -1 и OF₂ +2); водород H почти всегда +1 (кроме гидридов металлов NaH, CaH₂: -1).
Схема: Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) и электронный баланс
Степень окисления
ОВР
Не путать с зарядом иона!
Степень окисления пишется знаком вперед (+2, -3), а заряд иона — цифрой вперед (Ca²⁺, SO₄²⁻).
Фиксация постоянных
Уравнение нейтральности
Проверка
В любой ОВР неразрывно связаны два противоположных процесса:
1. Окисление — процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся повышением степени окисления: Fe⁰ - 2e⁻ → Fe²⁺; 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂⁰.
Вещество, атомы которого отдают электроны, называется восстановителем (в ходе реакции восстановитель окисляется).
2. Восстановление — процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления: S⁰ + 2e⁻ → S²⁻; Mn⁺⁷ + 5e⁻ → Mn²⁺.
Вещество, атомы которого принимают электроны, называется окислителем (в ходе реакции окислитель восстанавливается).
Важнейшие окислители: KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃, H₂SO₄(конц), газы галогены (F₂, Cl₂, Br₂), O₂, H₂O₂.
Важнейшие восстановители: простые вещества металлы (Zn, Fe, Al, Na), углерод C, водород H₂, оксид углерода CO, иодиды I⁻, сероводород H₂S.
Окислитель (акцептор e⁻)
Восстановитель (донор e⁻)
Мнемоническое правило
Отдать Электроны — Окисление (ОЭ-О). Принять Электроны — Восстановление (ПЭ-В).
Поиск элементов-участников
Определение ролей
Запись полуреакций
Метод электронного баланса основан на правиле: общее число отданных электронов должно быть равно общему числу принятых электронов.
Алгоритм метода электронного баланса:
1. Записать схему реакции и расставить степени окисления всех элементов.
2. Подчеркнуть элементы, изменившие степень окисления.
3. Записать схему электронного баланса (полуреакции окисления и восстановления).
4. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов.
5. Разделить НОК на число электронов каждой полуреакции и получить основные стехиометрические коэффициенты.
6. Перенести коэффициенты в молекулярное уравнение: коэффициент восстановителя поставить перед окислителем и наоборот.
7. Уравнять остальные атомы (металлы -> неметаллы -> H -> проверить по O).
Электронный баланс
Балансировочные числа
Двухатомные молекулы
Если простое вещество состоит из двухатомных молекул (Cl₂, O₂, Br₂), двойку обязательно учитывают в электронном балансе: Cl₂⁰ + 2e⁻ -> 2Cl⁻.
Расстановка с.о.
Запись электронных схем
Уравнивание уравнения
Пошаговый баланс электронов:
Определение степеней окисления всех элементов
Запись электронных уравнений полуреакций
Нахождение наименьшего общего кратного (НОК) и основных коэффициентов
Перенос коэффициентов в молекулярное уравнение и проверка по кислороду
Типовые сложные ОВР на ЕНТ:
1. Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление):
Один и тот же элемент выступает и окислителем, и восстановителем!
Пример: Cl₂⁰ + 2KOH —(холод)→ KCl⁻¹ + KClO⁺¹ + H₂O.
Атом хлора понижает с.о. до -1 (окислитель) и повышает до +1 (восстановитель)!
При нагревании: 3Cl₂⁰ + 6KOH —(t)→ 5KCl⁻¹ + KClO₃⁺⁵ + 3H₂O.
2. Пероксид водорода H₂O₂ (кислород в промежуточной с.о. -1):
• С сильными окислителями (KMnO₄) — восстановитель: O₂²⁻ - 2e⁻ → O₂⁰↑;
• С восстановителями (KI) — окислитель: O₂²⁻ + 2e⁻ → 2O²⁻ (H₂O).
Двойственная роль промежуточных степеней окисления
Элементы в промежуточных степенях окисления (S⁰, S⁺⁴, N⁺³, H₂O₂⁻¹, Cl₂⁰) проявляют окислительно-восстановительную двойственность!
- 1. Степень окисления и сущность ОВР~5 мин
- 2. Окислители, восстановители, процессы окисления и восстановления~5 мин
- 3. Метод электронного баланса для расстановки коэффициентов~5 мин
- 4. Алгоритм уравнивания окислительно-восстановительных реакций (метод электронного баланса)~5 мин
- 5. Ловушки ЕНТ: Реакции диспропорционирования и внутримолекулярного ОВР~5 мин
