Презентация по химии «Окислительно-восстановительные реакции»

Окислительно-восстановительные реакции Основа жизнедеятельности организмов (дыхание, гниение, брожение, обмен веществ, фотосинтез, горение), коррозия металлов Основа металлургических процессов, получения серной, азотной кислот, аммиака, круговорота элементов в природе Основа безотходных производств и мероприятий по охране окружающей среды Причина превращения химической энергии в электрическую (работа аккумуляторов, батареек, гальванических элементов) Окислительно-восстановительные реакции химические реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов или ионов, образующих реагирующие вещества Степень окисления - это условный заряд, который приобретает атом при присоединении или отдаче электронов ее определяют, условно считая, все полярные связи полностью ионными Валентность и степень окисления почти всегда равны, за исключением HN+5O3 Н20 Н-Н О20 О=О Возможные степени окисления элементов а) металлы подгруппы А только положительнаяпостояннаяравна номеру группы Na +1 Са +2 Возможные степени окисления элементов б) металлы подгруппы Втолько положительнаяпеременнаямаксимальная = номеру группы Mn+2 Mn+4 Mn+7 Cr+2 Cr+3 Cr+6 Возможные степени окисления элементов в) неметаллыи положительная и отрицательнаямакс. положительная = номеру группы Cl+7 S+6мин. отрицательная = (номер группы - 8) Cl -1 S -2 Правила определения степеней окисления элементов Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю.H20 Fe0 F20 Na0 O20 N20 Ar0 Правила определения степеней окисления элементов 2. Степень окисления простого иона равна его заряду. H+ (+1) Fe3+ (+3) F– (-1) Сa2+ (+2) Правила определения степеней окисления элементов 3. Заряд сложного иона равен сумме всех степеней окисления с учетом индексов.(S+4O3-2)2- (Р+5O4-2)3- Правила определения степеней окисления элементов 4. Степень окисления водорода в его соединениях равна +1 H2+1O NH3+1 CH4+1 H+1F H+1Cl искл. - гидриды металлов LiH-1 СaH2-1 Правила определения степеней окисления элементов 5. Степень окисления кислорода равна -2H2O-2 SO2-2 SO3-2 NO2-2 исключения: O+2F2 перекиси H2O2-1 Правила определения степеней окисления элементов 6. Сумма степеней окисления всех атомов с учетом индексов в сложном веществе равна нулю К2+1S+4O3-2 +1*2 + 4*1 -2*3 = 0 Са+2S+6O4-2 +2*1 + 6*1 -2*4 = 0 Окислитель - это атомы, ионы или молекулы, которые принимают электроны.Восстановитель - это атомы, ионы или молекулы, которые отдают электроны.  Окислительно-восстановительные возможности элементов Соединения, в состав которых входят атомы элементов в своей максимальной (положительной) степени окисления могут только восстанавливаться, выступая в качестве окислителей Важнейшие окислители Галогены, восстанавливаясь, приобретают степень окисления –1, причем от фтора к йоду их окислительные свойства ослабевают2H2O + 2F2 = O2+ 4HF Важнейшие окислители 2. Кислород O2, восстанавливаясь, приобретает степень окисления –24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 Важнейшие окислители 3. Азотная кислота HNO3 за счет азота в степени окисления +5: 3 Сu + 8 HNO3 (разб) = 3 Cu(NO3)2 + +2 NO + 4 H2O При этом возможно образование различных продуктов восстановления. Это зависит от концентрации кислоты, а также от активности восстановителя. Важнейшие окислители 4. Соли азотной кислоты (нитраты) могут восстанавливаться в кислотной, а при взаимодействии с активными металлами и в щелочной средах, а также в расплавах:Zn + KNO3 + 2KOH = K2ZnO2 + KNO2 ++ H2O Важнейшие окислители 5. Царская водка – смесь концентрированных азотной и соляной кислот, смешанных в соотношении 1:3 по объему Au + HNO3(конц) + 4HCl(конц) =H[AuCl4]+ + NO+ +2H2O Важнейшие окислители 6. Серная кислота H2SO4 проявляет окислительные свойства в концентрированном растворе за счет серы в степени окисления +6C(графит)+ 2H2SO4 (конц)= СO2 + 2SO2+ + 2H2OСостав продуктов восстановления (H2S, S, SO2) определяется главным образом активностью восстановителя и концентрацией кислоты Важнейшие окислители 7. Кислородсодержащие кислоты галогенов и их соли часто используются как окислители, хотя многие из них проявляют двойственный характер. MnS + 4HСlO = MnSO4 + 4HCl5Na2SO3 + 2HIO3 = 5Na2SO4 + I2 + H2O Важнейшие окислители 8. Перманганат калия KMnO4 проявляет окислительные свойства за счет марганца в степени окисления +7В зависимости от среды, в которой протекает реакция, он восстанавливается до разных продуктов Важнейшие окислители 9. Дихромат калия K2Cr2O7, в состав молекулы которого входит хром в степени окисления +6, является сильным окислителем при спекании и в кислотном растворе:6KI + K2Cr2O7 + 7H2SO4 (разб) = 3I2 + Cr2(SO4)3 + 7H2O + 4K2SO4и в нейтральной среде:3H2S + K2Cr2O7 + H2O = 3S + 2Cr(OH)3 + 2KOH Важнейшие окислители 10. Ион водорода Н+ выступает как окислитель при взаимодействии активных металлов с разбавленными растворами кислот (за исключением HNO3): Mg + H2SO4 (разб) = MgSO4 + H2 Важнейшие окислители 11. Ионы металлов в относительно высокой степени окисления (Fe+3, Cu2+, Hg+2) восстанавливаясь, превращаются в ионы более низкой степени окисления: H2S + 2FeCl3 = S + 2FeCl2 + 2HClили выделяются из растворов их солей в виде металлов: 2Al + 3CuCl2 = 2AlCl3 + 3Cu Окислительно-восстановительные возможности элементов Соединения, содержащие элементы в их минимальной степени окисления могут только окисляться и выступать в качестве восстановителей Важнейшие восстановители Активные металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, цинк, алюминий, железо и др.) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2  Важнейшие восстановители 2. Некоторые неметаллы (H2, C, P, Si) C + 4HNO3(конц, гор) = CO2 + 4NO2 + + 2H2O  Важнейшие восстановители 3. Бескислородные анионы (Cl, Br, I, S2,H)2HBr(конц) + Н2O2(конц) = Br2 + 2H2O2CaH2 + TiO2 = 2CaO + Ti +2H2  Важнейшие восстановители 4. Катионы металлов в низшей степени окисления2 FeSO4 + H2O2(конц) + H2SO4(разб) = = Fe2(SO4)3 + 2H2O  Окислительно-восстановительные возможности элементов Вещества, содержащие элементы в промежуточных степенях окисления обладают окислительно-восстановительной двойственностью. В зависимости от партнера по реакции способны и принимать, и отдавать электроны Окислительно-восстановительная двойственность Галогены под действием более сильных окислителей проявляют восстановительные свойства (за искл. F2 ). Их окислительные способности уменьшаются, а восстановительные способности увеличиваются от Cl2 к I2 I2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl Окислительно-восстановительная двойственность 2. Кислородсодержащие кислоты галогенов и их соли, в состав молекул которых входит галоген в промежуточной степени окисления (+1, +3, +5)окислитель: S0 + NaCl+3O2 = NaCl-1 + S+4O2восстановитель: 5 NaCl+3O2 + 2 KMn+7O4 + 3 H2SO4 (разб ) = = 5 NaCl+5O3 + 2 Mn+2SO4 + 3 H2O + K2SO4 Окислительно-восстановительная двойственность 3. Перекись водорода в присутствии типичных восстановителей проявляет окислительные свойства2KI-1 + H2O2-1 = I20 + 2KO-2H при взаимодействии с сильными окислителями проявляет восстановительные свойстваH2O2-1 +2Hg+2(NO3)2 = O20 + Hg+12(NO3)2 + + 2HNO3 Окислительно-восстановительная двойственность 4. Азотистая кислота и нитриты могут выступать как в роли окислителей: 2I-1 + 2HN+3O2 = I20 + 2N+2O + 2H2Oтак и в роли восстановителей 2NaN+3O2(разб, гор) + O20 = 2NaN+5O30 Метод электронного баланса Определить степени окисления всех элементов.Выписать элементы, изменившие степень окисления.Если степень окисления равна нулю, то индекс нужно сохранить. Метод электронного баланса 4. Определить переход электронов, наименьшее общее кратное, коэффициенты.5. Уравнять.6. Определить окислитель и восстановитель. Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Метод электронного баланса Влияние среды на изменение степеней окисления атомов химических элементов KMnO4- Кислая среда (Н+)Mn2+ (бесцветный раствор) Нейтральная среда (Н2О)MnO2 (бурый осадок) Щелочная среда (ОН-)MnO42- (р-р зеленого цвета) Реакция в кислой среде Реакция в нейтральной среде Реакция в щелочной среде Влияние среды на изменение степеней окисления атомов химических элементов Cr2O72- Кислая среда (Н+)Cr3+ Нейтральная среда (Н2О)Cr2O3 Щелочная среда (ОН-)CrO2- , CrO33- Влияние среды на изменение степеней окисления атомов химических элементов Cr+3 Кислая среда (Н+)Cr+6 (K2Cr2O7) (раствор оранжевого цвета) Щелочная среда (ОН-)Cr+6 (K2CrO4) (раствор желтого цвета) Влияние среды на изменение степеней окисления атомов химических элементов Н2О2 Кислая среда (Н+)Н2О2 + 2Н+ + 2 е = 2Н2О Нейтральная, щелочная средыН2О2 + 2 е = 2ОН- Классификация ОВР 1. Если окислитель и восстановитель – разные вещества, то такие реакции относят к межмолекулярным: 4Al + 3O2 = 2Al2O32. При термическом разложении сложных соединений, в состав которых входят окислитель и восстановитель в виде атомов разных элементов, происходят окислительно-восстановительные реакции, называемые внутримолекулярными: ( NH4)2 Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O Классификация ОВР 3. Реакции диспропорционирования могут происходить, если соединения, содержащие элементы в промежуточных степенях окисления, попадают в условия, где они оказываются неустойчивыми (например, при повышенной температуре). Степень окисления этого элемента и повышается и понижается:2Н2О 2 = 2Н2О + О2 Классификация ОВР 4. Реакции контрпропорционирования – это процессы взаимодействия окислителя и восстановителя, в состав которых входит один и тот же элемент в разных степенях окисления. В результате продуктом окисления и продуктом восстановления является вещество с промежуточной степенью окисления атомов данного элемента: Na2 SO3 + 2Na2 S + 6HCl = 3 S + 6NaCl + 3H2O Классификация ОВР 5. Существуют реакции смешанного типа - внутримолекулярной реакции контрпропорционирования относится реакция разложения нитрата аммония: NH4 NO3 = N2O  + 2H2O Электролиз Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока, называют электролизом. Химические источники тока Устройства для прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. Устройство гальванического элемента Гальванический элемент- химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией. Источники электрического тока Источники тока прошлого века Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею Батарея (элемент питания) - обиходное название источника электричества для автономного питания портативного устройства. Может представлять собой одиночный гальванический элемент, аккумулятор или их соединение в батарею для увеличения напряжения. Химический источник тока многоразового действия Аккумулятор Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей        Герметичные малогабаритные аккумуляторы (ГМА)      Используются в телефонных радио-трубках, переносных радиоприемниках, электронных часах, измерительных приборах, сотовых телефонах, фотоаппаратах и др.).