ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Лекция 15 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Содержание Основные определения Окислительно-восстановительные реакции Степень окисления. Расчет степени окисления Возможные степени окисления элементов Окислитель и восстановление восстановитель, окисление Типы окислительно-восстановительных реакций Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции и ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Окислительно-восстановительные реакции Две группы химических реакций реакции, в которых степень окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, не изменяется 3 1 1 2 1 3 2 1 1 1 Fe Cl3 3 Na O H Fe( O H )3 3 Na Cl реакции, в которых степень окисления атомов изменяется 2 6 2 1 1 1 1 0 1 6 2 I2 2K2 S O4 2 Cu S O 4 4 K I 2 Cu I реакции в которых Окислительно-восстановительные изменяются степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Изменение с. о. связано с переходом электронов от одних атомов к другим Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Степень окисления заряд, который имел бы атом при условии, что каждая общая электронная пара полностью смещена к более электроотрицательному атому Степень окисления обозначают над символом элемента арабской цифрой со знаком (+) или () перед цифрой или римской цифрой без указания знака заряда 2 6 2 I V II Cu S O 4 K Cl O3 Заряд простого иона в растворе, равный степени окисления, обозначают арабской цифрой, знак заряда принято ставить после цифры Sn2+ Fe3+ Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Правила расчета степени окисления Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, в ионе – заряду иона С. о. атомов в простых веществах равна нулю С. о. в сложных веществах – атомов элементов IA подгруппы +1, IIA подгруппы +2 – атомов кислорода равна 2, за исключением пероксидов, надпероксидов, озонидов и соединений с фтором, в которых с. о. кислорода равна соответственно 1, 1/2, 1/3, +2 – атомов водорода в соединениях с неметаллами равна +1, в соединениях с металлами равна -1 – атомов фтора равна –1 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Примеры расчета степени окисления Расчет с. о. марганца в манганате калия K2MnO4 Степень окисления калия равна +1 кислорода равна 2 марганца равна х 2(+1) + x + 4(2) = 0 x=6 с.о. марганца +6 Расчет с. о. хрома в дихромат-ионе Cr2O72 Степень окисления кислорода равна 2 хрома равна х Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции 2х + 7(2) = 2 x=6 с.о. хрома +6 ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Возможные высшая и низшая степени окисления металлов Номер группы в периодической системе равен числу валентных электронов атома элемента (за исключением элементов IБ, VIIIБ подгрупп, кислорода и фтора) Высшая степень окисления равна номеру группы, за исключением элементов I Б и VIII Б подгрупп (высшая с.о. Cu, Au +3, Ag +2, высшая с. о. элементов VIII Б подгруппы, равная номеру группы, известна для Os, высшая с. о. Fe +6) Низшая степень окисления равна 0 Pb элемент IVА подгруппы, металл. Высшая с.о. = +4, низшая с.о. = 0 W элемент VIБ подгруппы, металл. Высшая с.о. = +6, низшая с.о. = 0 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Возможные высшая и низшая степени окисления неметаллов Высшая степень окисления равна номеру группы, за исключением кислорода и фтора Низшая (отрицательная) степень окисления равна заряду электронов, недостающих до завершения внешнего энергетического уровня атома до восьми электронов № группы 8 Br элемент VIIА подгруппы, неметалл. Высшая с.о. = +7, низшая с.о. = 1 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Окислитель и восстановитель, окисление и восстановление Восстановитель частица (атом, молекула, ион), которая отдает электроны. Восстановитель в ходе реакции окисляется Окислитель – частица (атом, молекула, ион), которая принимает электроны. Окислитель в ходе реакции восстанавливается Окисление – отдача электронов и, следовательно, повышение степени окисления элемента Восстановление – присоединение электронов и, следовательно, понижение степени окисления элемента 2 3 4 2 Sn Cl2 2 Fe Cl3 Sn Cl4 2 Fe Cl2 восстановитель – ион Sn2+: Sn2+ 2 e = Sn4+ окисление окислитель – ион Fe3+: восстановление Fe3+ + Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции e = Fe2+ ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Окислительно-восстановительные свойства соединений Только окислителями являются: простые вещества, атомы которых имеют самую большую электроотрицательность фтор и кислород простые катионы с высшей степенью окисления Sn4+, Au3+ и др. сложные анионы, в которых элемент проявляет высшую степень окисления 5 N O3 , 6 S 6 7 22 O 4 , Cr 2 O7 , Mn O -4 и др. Только восстановителями являются: простые вещества металлы простые отрицательные ионы Cl, Br, I, S2 и др. Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Окислительно-восстановительные свойства соединений И окислителями, и восстановителями могут быть: – простые вещества неметаллы, кроме фтора и кислорода; – сложные вещества, содержащие элемент в 2 4 4 промежуточной степени окисления N O, Mn O2, S O2 и др. – простые ионы с промежуточной степенью окисления Sn2+, Fe2+, Ti3+, Cr3+ и др.; – сложные ионы, содержащие элемент в промежуточной степени окисления – 3 N O2 , 4 V O2 и др. Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Типы окислительновосстановительных реакций Межмолекулярные реакции окислениявосстановления протекают с изменением степени окисления атомов в разных веществах 1 4 1 0 0 2K Br Cl2 2K Cl Br 2 4 6 0 H2 Se O3 2H2 S O3 2H2 S O 4 Se Внутримолекулярные реакции окислениявосстановления протекают с изменением степени окисления атомов разных элементов в одном и том же веществе 3 6 0 3 ( N H4 )2 Cr 2 O7 N2 Cr 2 O3 4H2O 5 2 1 0 2K Cl O 3 2K Cl 3 O2 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Типы окислительновосстановительных реакций Реакции диспропорционирования (самоокисления самовосстановления) протекают с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления атомов одного и того же элемента, находящегося в промежуточной степени 0 1 1 окисления Cl2 H2O H Cl H Cl O 2 0 4 3 S 6NaOH 2Na2 S Na2 S O3 3H2O Реакции дисмутации – это внутримолекулярные или межмолекулярные реакции окислениявосстановления, которые протекают с выравниванием степеней окисления атомов одного и того же элемента 3 5 1 N H4 N O3 N 2 O 2H2O 5 1 0 K I O3 5K I 3H2SO 4 3 I 2 3K 2SO 4 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции 3H2O ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Заключение Окислительно-восстановительные реакции реакции, в которых изменяются степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ В окислительно-восстановительных реакциях электроны переходят от восстановителя к окислителю Окислитель частица (атом, молекула, ион), которая принимает электроны; окислитель в ходе реакции восстанавливается. Восстановитель частица (атом, молекула, ион), которая отдает электроны; восстановитель в ходе реакции окисляется Различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций: – межмолекулярные – внутримолекулярные – диспропорционирования (самоокислениясамовосстановления) – дисмутации Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА Рекомендуемая литература Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. - СПб: Химиздат, 2001 Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 2000 Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 2007 Лидин Р.А. Задачи по общей и неорганической химии. - М.: ВЛАДОС, 2004 Гаршин А.П. Неорганическая химия в схемах, рисунках, таблицах, формулах, химических реакциях. - СПб.: Лань, 2000 Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1994 Неорганическая химия. В 3 т. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии. Под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004 Модуль 4. Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции