Vad ska man svara till en person som är intresserad av hur man löser redoxreaktioner? De är olösliga. Men som alla andra. Kemister löser i allmänhet inte reaktioner eller deras ekvationer. För en oxidations-reduktionsreaktion (ORR) kan du skapa en ekvation och placera koefficienterna i den. Låt oss titta på hur man gör detta.
Oxidationsmedel och reduktionsmedel
En redoxreaktion är en reaktion där reaktanternas oxidationstillstånd förändras. Detta händer eftersom en av partiklarna ger upp sina elektroner (det kallas ett reduktionsmedel), och den andra accepterar dem (ett oxidationsmedel).
Reduktionsmedlet, som förlorar elektroner, oxiderar, det vill säga det ökar värdet på oxidationstillståndet. Till exempel posten: 
betyder att zink gav upp 2 elektroner, det vill säga att det oxiderades. Han är en återställare. Graden av oxidation, som kan ses från exemplet ovan, har ökat. 
– här tar svavel emot elektroner, det vill säga det reduceras. Hon är ett oxidationsmedel. Dess oxidationsnivå minskade.
Någon kanske undrar varför, när elektroner tillsätts, minskar oxidationstillståndet, men när de går förlorade, tvärtom, ökar det? Allt är logiskt. En elektron är en partikel med en laddning på -1, därför bör posten ur en matematisk synvinkel läsas på följande sätt: 0 – (-1) = +1, där (-1) är elektronen. Då betyder det: 0 + (-2) = -2, där (-2) är de två elektroner som svavelatomen accepterade.
Tänk nu på en reaktion där båda processerna inträffar:
Natrium reagerar med svavel och bildar natriumsulfid. Natriumatomer oxideras och ger upp en elektron i taget, medan svavelatomer reduceras och får två. Detta kan dock bara vara på papper. Faktum är att oxidationsmedlet måste tillföra sig själv exakt lika många elektroner som reduktionsmedlet gav dem. I naturen upprätthålls balans i allt, inklusive redoxprocesser. Låt oss visa den elektroniska balansen för denna reaktion:
Den totala multipeln mellan antalet givna och mottagna elektroner är 2. Om vi dividerar det med antalet elektroner som ges upp av natrium (2:1=1) och svavel (2:2=1) får vi koefficienterna i denna ekvation. Det vill säga, på höger och vänster sida av ekvationen bör det finnas en svavelatom vardera (värdet som erhålls genom att dividera den gemensamma multipeln med antalet elektroner som accepteras av svavel), och två natriumatomer. I det skrivna diagrammet till vänster finns det fortfarande bara en natriumatom. Låt oss dubbla det genom att sätta en faktor på 2 framför natriumformeln. Den högra sidan av natriumatomerna innehåller redan 2 (Na2S).
Vi har sammanställt en ekvation för den enklaste redoxreaktionen och placerat koefficienterna i den med hjälp av den elektroniska balansmetoden.
Låt oss titta på hur man "löser" mer komplexa redoxreaktioner. Till exempel, när koncentrerad svavelsyra reagerar med samma natrium, bildas svavelväte, natriumsulfat och vatten. Låt oss skriva ner diagrammet:
Låt oss bestämma oxidationstillstånden för atomer av alla element:
Ändrad konst. endast natrium och svavel. Låt oss skriva halvreaktionerna av oxidation och reduktion:
Låt oss hitta den minsta gemensamma multipeln mellan 1 (hur många elektroner natrium gav upp) och 8 (antalet negativa laddningar som accepteras av svavel), dividera den med 1 och sedan med 8. Resultaten är antalet Na- och S-atomer på båda höger och vänster.
Låt oss skriva in dem i ekvationen:
Vi sätter ännu inte koefficienterna från balansräkningen framför svavelsyraformeln. Vi räknar andra metaller, om några, sedan syrarester, sedan H, och sist men inte minst kontrollerar vi syre.
I denna ekvation ska det finnas 8 natriumatomer till höger och vänster.Svavelsyraresterna används två gånger. Av dessa blir 4 saltbildare (en del av Na2SO4) och en blir till H2S, det vill säga totalt 5 svavelatomer måste förbrukas. Vi sätter 5 framför svavelsyraformeln.
Vi kontrollerar H: det finns 5×2=10 H-atomer på vänster sida, bara 4 på höger sida, vilket betyder att vi sätter en koefficient på 4 framför vatten (det kan inte sättas framför vätesulfid, eftersom det följer av balansen att det ska finnas 1 H2S molekyler till höger och vänster.Vi kollar efter syre.Till vänster finns 20 O-atomer, till höger är det 4x4 från svavelsyra och ytterligare 4 från vatten.Allt stämmer, vilket betyder att åtgärderna utfördes korrekt.
Detta är en typ av aktivitet som någon som frågade hur man löser redoxreaktioner kanske har i åtanke. Om denna fråga innebar "slutför ORR-ekvationen" eller "lägg till reaktionsprodukterna", så räcker det inte för att utföra en sådan uppgift att kunna upprätta en elektronisk våg. I vissa fall behöver du veta vilka oxidations-/reduktionsprodukterna är, hur de påverkas av miljöns surhet och olika faktorer som kommer att diskuteras i andra artiklar.
Redoxreaktioner - video
Hela variationen av kemiska reaktioner kan reduceras till två typer. Om grundämnenas oxidationstillstånd inte förändras som ett resultat av en reaktion, kallas sådana reaktioner utbyta, annars - redox reaktioner.
Förekomsten av kemiska reaktioner beror på utbytet av partiklar mellan reagerande ämnen. Till exempel, i en neutraliseringsreaktion sker ett utbyte mellan katjoner och anjoner av en syra och en bas, vilket resulterar i bildandet av en svag elektrolyt - vatten:
Ofta åtföljs utbytet av överföring av elektroner från en partikel till en annan. Således, när zink ersätter koppar i en lösning av koppar(II)sulfat
elektroner från zinkatomer går till kopparjoner:
Processen att en partikel förlorar elektroner kallas oxidation, och processen att förvärva elektroner är restaurering. Oxidation och reduktion sker samtidigt, därför kallas interaktioner som åtföljs av överföring av elektroner från en partikel till en annan redoxreaktioner.
Överföringen av elektroner kan vara ofullständig. Till exempel i reaktionen
Istället för lågpolära CH-bindningar uppstår högpolära H-Cl-bindningar. För att underlätta att skriva redoxreaktioner används begreppet oxidationsgrad, som kännetecknar tillståndet för ett grundämne i en kemisk förening och dess beteende i reaktioner.
Oxidationstillstånd- ett värde numeriskt lika med den formella laddningen som kan tilldelas ett element, baserat på antagandet att alla elektroner i var och en av dess bindningar har överförts till en mer elektronegativ atom av den givna föreningen.
Med hjälp av begreppet oxidationstillstånd kan vi ge en mer allmän definition av processerna för oxidation och reduktion. Redox kallas kemiska reaktioner som åtföljs av en förändring i oxidationstillstånden för elementen i de ämnen som är involverade i reaktionen. Under reduktion minskar ett elements oxidationstillstånd, under oxidation ökar det. Ett ämne som innehåller ett grundämne som minskar dess oxidationstillstånd kallas oxidationsmedel; ett ämne som innehåller ett grundämne som ökar oxidationstillståndet kallas reduktionsmedel.
Oxidationstillståndet för ett grundämne i en förening bestäms i enlighet med följande regler:
· oxidationstillståndet för ett grundämne i ett enkelt ämne är noll;
· den algebraiska summan av alla oxidationstillstånd för atomer i en molekyl är lika med noll;
· den algebraiska summan av alla oxidationstillstånd för atomer i en komplex jon, såväl som oxidationstillståndet för ett grundämne i en enkel monoatomisk jon, är lika med jonens laddning;
· ett negativt oxidationstillstånd uppvisas i en förening av atomerna i elementet som har högst elektronegativitet;
· det maximala möjliga (positiva) oxidationstillståndet för ett grundämne motsvarar numret på gruppen där grundämnet är beläget i det periodiska systemet D.I. Mendelejev.
Oxidationstillståndet för atomer av grundämnen i en förening skrivs ovanför symbolen för ett givet grundämne, och anger först tecknet för oxidationstillståndet och sedan dess numeriska värde, till exempel.
Ett antal grundämnen i föreningar uppvisar ett konstant oxidationstillstånd, vilket används för att bestämma oxidationstillstånden för andra grundämnen:
Redoxegenskaperna hos atomer av olika element manifesterar sig beroende på många faktorer, av vilka de viktigaste är elementets elektroniska struktur, dess oxidationstillstånd i ämnet och karaktären av egenskaperna hos andra deltagare i reaktionen. Föreningar som innehåller atomer av grundämnen med ett maximalt (positivt) oxidationstillstånd, till exempel, kan endast reduceras och fungerar som oxidationsmedel. Föreningar som innehåller grundämnen med minimala oxidationstillstånd, t.ex. 
kan endast oxidera och fungera som reduktionsmedel.
Ämnen som innehåller grundämnen med mellanliggande oxidationstillstånd, t.ex. 
ha redoxdualitet. Beroende på reaktionspartnern kan sådana ämnen både acceptera (när de interagerar med starkare reduktionsmedel) och donera (när de interagerar med starkare oxidationsmedel) elektroner.
Sammansättningen av reduktions- och oxidationsprodukter beror också på många faktorer, inklusive miljön där den kemiska reaktionen sker, koncentrationen av reagenser och aktiviteten hos partnern i redoxprocessen.
För att skriva ner ekvationen för en redoxreaktion behöver du veta hur grundämnenas oxidationstillstånd förändras och vilka andra tillstånd oxidationsmedlet och reduktionsmedlet går in i. Låt oss titta på korta egenskaper hos de mest använda oxidations- och reduktionsmedlen.
De viktigaste oxidationsmedlen. Bland enkla ämnen är oxiderande egenskaper typiska för typiska icke-metaller: fluor F 2, klor Cl 2, brom Br 2, jod I 2, syre O 2.
Halogener När de reduceras får de ett oxidationstillstånd på -1, och från fluor till jod försvagas deras oxiderande egenskaper (F 2 har begränsad användning på grund av sin höga aggressivitet):
Syre, som reduceras, får ett oxidationstillstånd på -2:
De viktigaste oxidationsmedlen bland syrehaltiga syror och deras salter inkluderar salpetersyra HNO 3 och dess salter, koncentrerad svavelsyra H 2 SO 4, syrehaltiga halogensyror HHalO x och deras salter, kaliumpermanganat KMnO 4 och kaliumdikromat K 2 Cr2O7.
Salpetersyra uppvisar oxiderande egenskaper på grund av kväve i oxidationstillståndet +5. I det här fallet är bildandet av olika reduktionsprodukter möjlig:
Djupet av kvävereduktion beror på syrakoncentrationen, såväl som på reduktionsmedlets aktivitet, bestämt av dess redoxpotential:
Figur 1. Djupet av kvävereduktion beror på syrakoncentrationen.
Till exempel åtföljs oxidationen av zink (en aktiv metall) med salpetersyra av bildningen av olika reduktionsprodukter; vid en koncentration av HNO 3 på cirka 2 viktprocent, bildas NH 4 NO 3 övervägande:
vid en HNO 3-koncentration på cirka 5 % (vikt) – N 2 O:
vid en HNO 3-koncentration på cirka 30 % (vikt) – NO:
och vid en koncentration av HNO3 på ungefär 60% (vikt) bildas huvudsakligen NO2:
Den oxidativa aktiviteten hos salpetersyra ökar med ökande koncentration, så koncentrerad HNO 3 oxiderar inte bara aktiva utan även svagt aktiva metaller, såsom koppar och silver, och bildar övervägande kväveoxid (IV):
såväl som icke-metaller, såsom svavel och fosfor, oxiderar dem till syror som motsvarar högre oxidationstillstånd:
Salpetersyrasalter ( nitrater) kan reduceras i sura, och när de interagerar med aktiva metaller och i alkaliska medier, såväl som i smältor:
kungsvatten– en blandning av koncentrerade syror och salpetersyra, blandad i volymförhållandet 1:3. Namnet på denna blandning beror på det faktum att den löser till och med sådana ädla metaller som guld och platina:
Förekomsten av denna reaktion beror på det faktum att aqua regia frigör nitrosylklorid NOCl och fri klor Cl2:
under påverkan av vilka metaller förvandlas till klorider.
Svavelsyra uppvisar oxiderande egenskaper i en koncentrerad lösning på grund av svavel i oxidationstillståndet +6:
Sammansättningen av reduktionsprodukterna bestäms huvudsakligen av reduktionsmedlets aktivitet och syrakoncentrationen:
Fig.2. Minskande aktivitet av svavel beroende på
syrakoncentration.
Således leder interaktionen av koncentrerad H 2 SO 4 med lågaktiva metaller, vissa icke-metaller och deras föreningar till bildningen av svaveloxid (IV):
Aktiva metaller reducerar koncentrerad svavelsyra till svavel eller svavelväte:
i detta fall bildas H2S, S och SO2 samtidigt i olika förhållanden. Men i detta fall är huvudprodukten av reduktionen av H 2 SO 4 SO 2, eftersom det frigjorda S och H 2 S kan oxideras med koncentrerad svavelsyra:
och deras salter (se tabell A.1.1) används ofta som oxidationsmedel, även om många av dem uppvisar en dubbel karaktär. Som regel är reduktionsprodukterna av dessa föreningar klorider och bromider (oxidationstillstånd -1), såväl som jod (oxidationstillstånd 0);
Men även i detta fall beror sammansättningen av reduktionsprodukterna på reaktionsförhållandena, koncentrationen av oxidationsmedlet och reduktionsmedlets aktivitet:
Kaliumpermanganat uppvisar oxiderande egenskaper på grund av mangan i oxidationstillståndet +7. Beroende på i vilken miljö reaktionen sker reduceras den till olika produkter: i sur miljö - till mangan(II)-salter, i neutral miljö - till mangan(IV)oxid i hydratiserad form MnO(O)2 , i en alkalisk miljö - till manganat -och hon
sur miljö
neutral miljö
alkalisk miljö
Kaliumdikromat, vars molekyl inkluderar krom i oxidationstillståndet +6, är ett starkt oxidationsmedel under sintring och i en sur lösning
uppvisar oxiderande egenskaper i en neutral miljö
I en alkalisk miljö är jämvikten mellan kromat- och dikromatjoner
förskjuts mot bildning, därför är oxidationsmedlet i en alkalisk miljö kaliumkromat K 2 СrO 4:
K 2 CrO 4 är dock ett svagare oxidationsmedel jämfört med K 2 Cr 2 O 7 .
Bland jonerna uppvisar vätejonen H+ och metalljoner i det högsta oxidationstillståndet oxiderande egenskaper. Vätejon H + fungerar som ett oxidationsmedel när aktiva metaller interagerar med utspädda syralösningar (med undantag för HNO 3)
Metalljoner i ett relativt högt oxidationstillstånd, såsom Fe 3+, Cu 2+, Hg 2+, reduceras och omvandlas till joner med lägre oxidationstillstånd
eller är isolerade från lösningar av deras salter i form av metaller
De viktigaste reduktionsmedlen. Typiska reduktionsmedel bland enkla ämnen inkluderar aktiva metaller, såsom alkali- och jordalkalimetaller, zink, aluminium, järn och andra, samt vissa icke-metaller (väte, kol, fosfor, kisel).
Metaller i en sur miljö oxideras de till positivt laddade joner:
I en alkalisk miljö oxideras metaller som uppvisar amfotära egenskaper; i detta fall bildas negativt laddade anjoner eller hydroxokomponenter:
Icke-metaller, oxiderande, bildar oxider eller motsvarande syror:
Reducerande funktioner innehas av syrefria anjoner, till exempel Cl -, Br -, I -, S 2-, H - och metallkatjoner i högsta oxidationstillstånd.
På rad halogenidjoner, som, när de oxideras, vanligtvis bildar halogener:
reducerande egenskaper ökar från Cl - till I - .
Hydrider metaller uppvisar reducerande egenskaper på grund av oxidation av väte bundet (oxidationstillstånd -1) till fritt väte:
Metallkatjoner i det lägsta oxidationstillståndet, såsom Sn 2+, Fe 2+, Cu+, Hg 2 2+ och andra, när de interagerar med oxidationsmedel, ökar oxidationsgraden:
Redox dualitet. Bland enkla ämnen är redoxdualitet karakteristisk för undergrupperna VIIA, VIA och VA, som antingen kan öka eller minska deras oxidationstillstånd.
Används ofta som oxidationsmedel halogener under påverkan av starkare oxidationsmedel uppvisar de reducerande egenskaper (med undantag för fluor). Deras oxiderande förmåga minskar och deras reducerande egenskaper ökar från Cl 2 till I 2:
Fig.3. Redoxförmåga hos halogener.
Denna egenskap illustreras av reaktionen av jodoxidation med klor i en vattenlösning:
Sammansättningen av syrehaltiga föreningar som uppvisar dubbelt beteende i redoxreaktioner inkluderar också element i ett mellanliggande oxidationstillstånd. Syrehaltiga syror av halogener och deras salter, vars molekyler inkluderar en halogen i ett mellanliggande oxidationstillstånd, kan fungera som oxidationsmedel
och reduktionsmedel
Väteperoxid, som innehåller syre i oxidationstillståndet -1, i närvaro av typiska reduktionsmedel uppvisar oxiderande egenskaper, eftersom oxidationstillståndet för syre kan minska till -2:
Den senare reaktionen används vid restaurering av målningar av gamla mästare, vars färger, som innehåller blyvitt, blir svarta på grund av interaktion med vätesulfid i luften.
Vid interaktion med starka oxidationsmedel ökar oxidationstillståndet för syre som ingår i väteperoxid till 0, H 2 O 2 uppvisar egenskaperna hos ett reduktionsmedel:
Salpetersyrlighet Och nitriter, som innehåller kväve i oxidationstillståndet +3, och kan även fungera som oxidationsmedel
såväl som i rollen som återställare
Klassificering. Det finns fyra typer av redoxreaktioner.
1. Om oxidationsmedlet och reduktionsmedlet är olika ämnen, så hör sådana reaktioner till intermolekylär. Alla reaktioner som diskuterats tidigare är exempel.
2. Vid termisk nedbrytning av komplexa föreningar, som inkluderar ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel i form av atomer av olika grundämnen, uppstår redoxreaktioner, som kallas intramolekylärt:
3. Reaktioner disproportionering (dismutation eller, enligt föråldrad terminologi, självoxidation – självläkande) kan uppstå om föreningar som innehåller grundämnen i mellanliggande oxidationstillstånd utsätts för förhållanden där de är instabila (till exempel vid förhöjda temperaturer). Oxidationstillståndet för detta element både ökar och minskar:
4. Reaktioner motproportionering (växlande) är processer för interaktion mellan ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel, som inkluderar samma grundämne med olika oxidationstillstånd. Som ett resultat är produkten av oxidation och reduktion ett ämne med ett mellanliggande oxidationstillstånd för atomerna i ett givet element:
Det är också blandade reaktioner. Till exempel inkluderar den intramolekylära motproportioneringsreaktionen nedbrytningsreaktionen av ammoniumnitrat
Rita upp ekvationer.
Ekvationer för redoxreaktioner sammanställs baserat på principerna om lika antal av samma atomer före och efter reaktionen, samt tar hänsyn till likaheten mellan antalet elektroner som avges av reduktionsmedlet och antalet accepterade elektroner av oxidationsmedlet, dvs. molekylers elektriska neutralitet. Reaktionen representeras som ett system av två halvreaktioner - oxidation och reduktion, vars summering, med hänsyn till de angivna principerna, leder till sammanställningen av en allmän ekvation för processen.
För att sammanställa ekvationer för redoxreaktioner används oftast metoden elektron-jon-halvreaktioner och elektronbalansmetoden.
Elektron-jon halvreaktionsmetod används för att upprätta ekvationer för reaktioner som sker i en vattenlösning, samt reaktioner som involverar ämnen vars oxidationstillstånd för grundämnen är svårt att bestämma (till exempel KNCS, CH 3 CH 2 OH).
Enligt denna metod särskiljs följande huvudsteg vid sammansättningen av reaktionsekvationen.
a) skriv ner det allmänna molekyldiagrammet för processen, med angivande av reduktionsmedel, oxidationsmedel och det medium i vilket reaktionen sker (surt, neutralt eller alkaliskt). Till exempel
b) med hänsyn till dissociationen av elektrolyter i en vattenlösning presenteras detta schema i form av molekylär-jon-interaktion. Joner vars oxidationstillstånd för atomer inte ändras anges inte i diagrammet, med undantag för miljöjoner (H +, OH -):
c) bestämma oxidationsgraderna för reduktionsmedlet och oxidationsmedlet, såväl som produkterna av deras interaktion:
f) tillsätt joner som inte deltog i oxidations-reduktionsprocessen, utjämna deras mängder till vänster och höger och skriv ner reaktionens molekylekvation
De största svårigheterna uppstår när man sammanställer en materialbalans för halvreaktioner av oxidation och reduktion, när antalet syreatomer som utgör partiklarna i oxidationsmedlet och reduktionsmedlet ändras. Det bör beaktas att i vattenhaltiga lösningar sker bindningen eller tillsatsen av syre med deltagande av vattenmolekyler och joner i mediet.
Under oxidationsprocessen, för en syreatom som fäster på en reduktionsmedelspartikel, i sura och neutrala miljöer, förbrukas en molekyl vatten och två H+-joner bildas; i en alkalisk miljö förbrukas två hydroxidjoner OH - och en molekyl vatten bildas (tabell 1.1).
För att binda en syreatom i oxidationsmedlet i en sur miljö förbrukas två H+-joner under reduktionsprocessen och en vattenmolekyl bildas; i neutrala och alkaliska miljöer förbrukas en H 2 O-molekyl och två OH - joner bildas (tabell 1, 2).
bord 1
Tillsats av syreatomer till ett reduktionsmedel under oxidation
Tabell 2
Bindning av oxidationsmedlets syreatomer under reduktionsprocessen
Fördelarna med metoden för elektronjoniska halvreaktioner är att när man sammanställer ekvationer för redoxreaktioner, beaktas de verkliga tillstånden för partiklar i lösning och miljöns roll under processer; det finns inget behov av att använda det formella begreppet oxidationstillstånd.
Elektronisk balansmetod, baserat på att ta hänsyn till förändringar i oxidationstillståndet och principen om elektrisk neutralitet hos molekylen, är universell. Det används vanligtvis för att konstruera ekvationer för redoxreaktioner som uppstår mellan gaser, fasta ämnen och i smältor.
Sekvensen av operationer, enligt metoden, är som följer:
1) skriv ner formlerna för reagenserna och reaktionsprodukterna i molekylär form:
2) bestäm oxidationstillståndet för atomer som ändrar det under reaktionen:
3) baserat på förändringen i oxidationstillstånd, bestäms antalet elektroner som avges av reduktionsmedlet och antalet elektroner som accepteras av oxidationsmedlet, och en elektronisk balans upprättas, med hänsyn till principen om jämlikhet mellan antal avgivna och mottagna elektroner:
4) de elektroniska balansfaktorerna skrivs in i redoxreaktionens ekvation som de huvudsakliga stökiometriska koefficienterna:
5) välj de stökiometriska koefficienterna för de återstående deltagarna i reaktionen:
När man upprättar ekvationer bör man ta hänsyn till att oxidationsmedlet (eller reduktionsmedlet) inte bara kan förbrukas i den huvudsakliga redoxreaktionen, utan också när man binder de resulterande reaktionsprodukterna, det vill säga det kan fungera som ett medium och en saltbildare.
Ett exempel när mediets roll spelas av ett oxidationsmedel är oxidationsreaktionen av en metall i salpetersyra, sammansatt av metoden för elektronjoniska halvreaktioner:
Ett exempel när reduktionsmedlet är det medium i vilket reaktionen sker är oxidationen av saltsyra med kaliumdikromat, sammanställd med den elektroniska balansmetoden:
Vid beräkning av de kvantitativa, massa- och volymförhållandena för deltagare i redoxreaktioner används de grundläggande stökiometriska lagarna för kemi och i synnerhet ekvivalentlagen. För att bestämma redoxprocessernas riktning och fullständighet används värdena för de termodynamiska parametrarna för dessa system, och när reaktioner sker i vattenlösningar används värdena för motsvarande elektrodpotentialer.
Under lektionen kommer vi att studera ämnet "Oxidationsreduktionsreaktioner". Du kommer att lära dig definitionen av dessa reaktioner, deras skillnader från andra typer av reaktioner. Kom ihåg vad oxidationstal, oxidationsmedel och reduktionsmedel är. Lär dig att rita upp elektroniska balansdiagram för redoxreaktioner, bekanta dig med klassificeringen av redoxreaktioner.
Ämne: Redoxreaktioner
Lektion: Redoxreaktioner
Reaktioner som uppstår med en förändring i oxidationstillstånden för de atomer som utgör de reagerande ämnena kallas redox . Ändringen i oxidationstillstånd sker på grund av överföringen av elektroner från reduktionsmedlet till oxidationsmedlet. är den formella laddningen av en atom, förutsatt att alla bindningar i föreningen är joniska.
Oxidator - Detta är ett ämne vars molekyler eller joner accepterar elektroner. Om ett grundämne är ett oxidationsmedel, minskar dess oxidationstillstånd.
О 0 2 +4е - → 2О -2 (Oxidationsmedel, reduktionsprocess)
Bearbeta reception elektroner kallas ämnen restaurering. Oxidationsmedlet reduceras under processen.
Reduktionsmedel - är ett ämne vars molekyler eller joner ger upp elektroner. Reduktionsmedlet ökar dess oxidationstillstånd.
S 0 -4e - →S +4 (reduktionsmedel, oxidationsprocess)
Bearbeta returnerar elektroner kallas . Reduktionsmedlet oxideras under processen.
Exempel nr 1. Tillverkar klor i laboratoriet
I laboratoriet utvinns klor från kaliumpermanganat och koncentrerad saltsyra. Kristaller av kaliumpermanganat placeras i en Wurtz-kolv. Stäng kolven med en propp med en dropptratt. Saltsyra hälls i tratten. Saltsyra hälls från en dropptratt. En kraftig frisättning av klor börjar omedelbart. Genom gasutloppsröret fyller klor gradvis cylindern och tränger undan luft från den. Ris. 1.
Ris. 1
Med hjälp av denna reaktion som ett exempel, låt oss titta på hur man skapar en elektronisk balans.
KMnO4 + HCl = KCI + MnCl2 + CI2 + H2O
K + Mn +7 O -2 4 + H + CI - = K + CI - + Mn + 2 CI - 2 + CI 0 2 + H + 2 O -2
Oxidationstillstånden förändrades för mangan och klor.
Mn +7 +5е - = Mn +2 oxidationsmedel, reduktionsprocess
2 CI - -2е - = CI 0 2 reduktionsmedel, oxidationsprocess
4. Låt oss jämna ut antalet givna och mottagna elektroner. För att göra detta hittar vi den minsta gemensamma multipeln för talen 5 och 2. Detta är 10. Som ett resultat av att dividera den minsta gemensamma multipeln med antalet givna och accepterade elektroner hittar vi koefficienterna för oxidationsmedlet och reduktionsmedlet ombud.
Mn +7 +5e - = Mn +2 2
2 CI - -2е - = CI 0 2 5
2KMnO4+? HCl = aKCI + 2MnCl2 + 5C12 +? H2O
Det finns dock ingen koefficient framför saltsyraformeln, eftersom inte alla kloridjoner deltog i redoxprocessen. Elektronbalansmetoden låter dig balansera endast de joner som är involverade i redoxprocessen. Därför är det nödvändigt att utjämna antalet joner som inte deltar i . Nämligen kaliumkatjoner, väte- och kloridanjoner. Resultatet är följande ekvation:
2KMnO4 + 16 HCl = 2KCI + 2MnCl2 + 5CI2 + 8H2O
Exempel nr 2. Interaktion av koppar med koncentrerad salpetersyra. Ris. 2.
Ett "koppar" mynt placerades i ett glas med 10 ml syra. Utsläppet av brun gas började snabbt (bruna bubblor i den fortfarande färglösa vätskan såg särskilt imponerande ut). Hela utrymmet ovanför vätskan blev brunt och bruna ångor strömmade ut ur glaset. Lösningen blev grön. Reaktionen accelererade konstant. Efter ungefär en halv minut blev lösningen blå och efter två minuter började reaktionen avta. Myntet löstes inte upp helt, men tappade mycket i tjocklek (det kunde böjas med fingrarna). Den gröna färgen på lösningen i det inledande steget av reaktionen beror på reduktionsprodukterna av salpetersyra.
Ris. 2
1. Låt oss skriva ner schemat för denna reaktion:
Cu + HNO3 = Cu (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O
2. Låt oss ordna oxidationstillstånden för alla grundämnen i de ämnen som deltar i reaktionen:
Cu 0 + H + N +5 O -2 3 = Cu +2 (N +5 O -2 3) 2 + N +4 O -2 2 + H + 2 O -2
Oxidationstillstånden ändrades för koppar och kväve.
3. Vi ritar ett diagram som återspeglar processen för elektronövergång:
N +5 +е - = N +4 oxidationsmedel, reduktionsprocess
Cu 0 -2е - = Cu +2 reduktionsmedel, oxidationsprocess
4. Låt oss jämna ut antalet givna och mottagna elektroner. För att göra detta hittar vi den minsta gemensamma multipeln för siffrorna 1 och 2. Detta är 2. Som ett resultat av att dividera den minsta gemensamma multipeln med antalet givna och mottagna elektroner hittar vi koefficienterna för oxidationsmedlet och reduktionsmedlet ombud.
N +5 +e - = N +4 2
Cu 0 -2е - = Cu +2 1
5. Vi överför koefficienterna till det ursprungliga diagrammet och transformerar reaktionsekvationen.
Cu + AHNO3 = Cu(NO3)2 + 2N02 + 2H2O
Salpetersyra är inte bara involverad i redoxreaktionen, så koefficienten skrivs inte först. Som ett resultat erhålls slutligen följande ekvation:
Cu + 4HNO3 = Cu (NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Klassificering av redoxreaktioner
1. Intermolekylära redoxreaktioner .
Det är reaktioner där oxidations- och reduktionsmedlen är olika ämnen.
H2S-2 + Cl02 → S0 + 2HCl -
2. Intramolekylära reaktioner där oxiderande och stoppande atomer finns i molekyler av samma ämne, till exempel:
2H + 2 O-2 → 2H 0 2 + O 0 2
3. Disproportionering (självoxidation-självläkande) - reaktioner där samma grundämne fungerar som både ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel, till exempel:
Cl 0 2 + H 2 O → HCl + O + HCl -
4. Konproportionering (Reproportionation) - reaktioner där ett oxidationstillstånd erhålls från två olika oxidationstillstånd av samma grundämne
Läxa
1. Nr 1-3 (s. 162) Gabrielyan O.S. Kemi. Årskurs 11. En grundläggande nivå av. 2:a uppl., raderad. - M.: Bustard, 2007. - 220 sid.
2. Varför uppvisar ammoniak endast reducerande egenskaper och salpetersyra endast oxiderande egenskaper?
3. Ordna koefficienterna i reaktionsekvationen för produktion av salpetersyra med hjälp av den elektroniska balansmetoden: ?NO 2 + ?H 2 O + O 2 = ?HNO 3
Lektionstyp. Skaffa ny kunskap.
Lektionens mål.Pedagogisk. Introducera eleverna för en ny klassificering av kemiska reaktioner baserad på förändringar i grundämnenas oxidationstillstånd - oxidations-reduktionsreaktioner (ORR); lära eleverna att ordna koefficienter med hjälp av den elektroniska balansmetoden.
Utvecklandet. Fortsätta utvecklingen av logiskt tänkande, förmåga att analysera och jämföra samt utveckla intresset för ämnet.
Pedagogisk. Att forma studenters vetenskapliga världsbild; förbättra arbetsförmågan.
Metoder och metodologiska tekniker. Berättelse, samtal, demonstration av visuella hjälpmedel, självständigt arbete av elever.
Utrustning och reagens. Reproduktion med bilden av Rhodos koloss, algoritm för att ordna koefficienter med hjälp av den elektroniska balansmetoden, tabell över typiska oxiderande och reducerande medel, korsord; Fe (spik), NaOH, CuSO 4 lösningar.
UNDER KLASSERNA
Inledande del
(motivation och målsättning)
Lärare. På 300-talet. FÖRE KRISTUS. På ön Rhodos byggdes ett monument i form av en enorm staty av Helios (den grekiska solguden). Den storslagna designen och perfekta utförandet av Kolossen på Rhodos - ett av världens underverk - förvånade alla som såg den.
Exakt hur statyn såg ut vet vi inte, men vi vet att den var gjord av brons och nådde en höjd av cirka 33 m. Statyn skapades av skulptören Haret och tog 12 år att bygga.
Bronsskalet fästes i en järnram. Den ihåliga statyn började byggas från botten och när den växte fylldes den med stenar för att göra den mer stabil. Cirka 50 år efter dess fullbordande kollapsade Kolossen. Under jordbävningen bröt den i höjd med knäna.
Forskare tror att den verkliga orsaken till detta mirakels bräcklighet var metallkorrosion. Och korrosionsprocessen bygger på redoxreaktioner.
Idag på lektionen kommer du att lära dig om redoxreaktioner; lära sig om begreppen "reduktionsmedel" och "oxidationsmedel", om processerna för reduktion och oxidation; lära sig att placera koefficienter i ekvationer av redoxreaktioner. Skriv ner datum och ämne för lektionen i dina arbetsböcker.
Att lära sig nytt material
Läraren utför två demonstrationsexperiment: interaktionen av koppar(II)sulfat med alkali och interaktionen av samma salt med järn.
Lärare. Skriv ner molekylekvationerna för de utförda reaktionerna. Ordna grundämnenas oxidationstillstånd i varje ekvation i formlerna för utgångsämnena och reaktionsprodukterna.
Eleven skriver reaktionsekvationer på tavlan och tilldelar oxidationstillstånd:
Lärare. Förändrades grundämnenas oxidationstillstånd i dessa reaktioner?
Studerande. I den första ekvationen ändrades inte grundämnenas oxidationstillstånd, men i den andra ändrades de - för koppar och järn.
Lärare. Den andra reaktionen är en redoxreaktion. Försök att definiera redoxreaktioner.
Studerande. Reaktioner som resulterar i förändringar i oxidationstillstånden för de grundämnen som utgör reaktanterna och reaktionsprodukterna kallas redoxreaktioner.
Eleverna skriver i sina anteckningsböcker, under lärarens diktat, definitionen av redoxreaktioner.
Lärare. Vad hände som ett resultat av redoxreaktionen? Före reaktionen hade järn ett oxidationstillstånd på 0, efter reaktionen blev det +2. Som vi kan se har oxidationstillståndet ökat, därför avger järn 2 elektroner.
Koppar har ett oxidationstillstånd på +2 före reaktionen och efter reaktionen 0. Som vi kan se har oxidationstillståndet minskat. Därför accepterar koppar 2 elektroner.
Järn donerar elektroner, det är ett reduktionsmedel, och processen att överföra elektroner kallas oxidation.
Koppar accepterar elektroner, det är ett oxidationsmedel, och processen att lägga till elektroner kallas reduktion.
Låt oss skriva ner diagrammen över dessa processer:
Så, ge en definition av begreppen "reduktionsmedel" och "oxidationsmedel".
Studerande. Atomer, molekyler eller joner som donerar elektroner kallas reduktionsmedel.
Atomer, molekyler eller joner som får elektroner kallas oxidationsmedel.
Lärare. Hur kan vi definiera processerna för reduktion och oxidation?
Studerande. Reduktion är den process genom vilken en atom, molekyl eller jon får elektroner.
Oxidation är processen för överföring av elektroner av en atom, molekyl eller jon.
Eleverna skriver ner definitioner från diktat i en anteckningsbok och ritar.
Kom ihåg!
Donera elektroner och oxidera.
Ta elektroner - återhämta dig.
Lärare. Oxidation åtföljs alltid av reduktion, och vice versa, reduktion är alltid förknippat med oxidation. Antalet elektroner som avges av reduktionsmedlet är lika med antalet elektroner som erhålls av oxidationsmedlet.
För att välja koefficienter i redoxreaktionernas ekvationer används två metoder - elektronisk balans och elektronjonbalans (halvreaktionsmetod).
Vi kommer endast att överväga den elektroniska balansmetoden. För att göra detta använder vi en algoritm för att ordna koefficienter med hjälp av den elektroniska balansmetoden (designad på en bit Whatman-papper).
EXEMPEL Ordna koefficienterna i detta reaktionsschema med hjälp av den elektroniska balansmetoden, bestäm oxidationsmedlet och reduktionsmedlet, ange processerna för oxidation och reduktion:
Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2.
Vi kommer att använda algoritmen för att ordna koefficienter med den elektroniska balansmetoden.
3. Låt oss skriva ner de grundämnen som ändrar oxidationstillstånd:
4. Låt oss skapa elektroniska ekvationer och bestämma antalet givna och mottagna elektroner:
5. Antalet givna och mottagna elektroner måste vara detsamma, eftersom Varken utgångsmaterialen eller reaktionsprodukterna laddas. Vi utjämnar antalet givna och mottagna elektroner genom att välja den minsta gemensamma multipeln (LCM) och ytterligare faktorer:
6. De resulterande multiplikatorerna är koefficienter. Låt oss överföra koefficienterna till reaktionsschemat:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2.
Ämnen som är oxiderande eller reduktionsmedel i många reaktioner kallas typiska.
Ett bord gjort på en bit Whatman-papper hängs.
Lärare. Redoxreaktioner är mycket vanliga. De är förknippade inte bara med korrosionsprocesser, utan också med jäsning, sönderfall, fotosyntes och metaboliska processer som förekommer i en levande organism. De kan observeras under bränsleförbränning. Redoxprocesser åtföljer kretsloppen av ämnen i naturen.
Visste du att det bildas cirka 2 miljoner ton salpetersyra i atmosfären varje dag, eller
700 miljoner ton per år, och i form av en svag lösning faller till marken med regn (människor producerar bara 30 miljoner ton salpetersyra per år).
Vad händer i atmosfären?
Luft innehåller 78 volymprocent kväve, 21 % syre och 1 % andra gaser. Under påverkan av blixtarladdningar, och på jorden finns det i genomsnitt 100 blixtar varje sekund, interagerar kvävemolekyler med syremolekyler för att bilda kväveoxid (II):
Kväveoxid(II) oxideras lätt av atmosfäriskt syre till kväveoxid(IV):
NO + O2NO2.
Den resulterande kväveoxiden (IV) reagerar med atmosfärisk fukt i närvaro av syre och förvandlas till salpetersyra:
NO 2 + H 2 O + O 2 HNO 3.
Alla dessa reaktioner är redox.
Träning . Ordna koefficienterna i de givna reaktionsscheman med hjälp av den elektroniska balansmetoden, ange oxidationsmedlet, reduktionsmedlet, processerna för oxidation och reduktion.
Lösning
1. Låt oss bestämma grundämnenas oxidationstillstånd:
2. Låt oss betona symbolerna för element vars oxidationstillstånd förändras:
3. Låt oss skriva ner de grundämnen som har ändrat sina oxidationstillstånd:
4. Låt oss skapa elektroniska ekvationer (bestäm antalet givna och mottagna elektroner):
5. Antalet elektroner som ges och tas emot är detsamma.
6. Låt oss överföra koefficienterna från de elektroniska kretsarna till reaktionsdiagrammet:
Därefter ombeds eleverna att självständigt ordna koefficienterna med hjälp av den elektroniska balansmetoden, bestämma oxidationsmedlet, reduktionsmedlet och ange processerna för oxidation och reduktion i andra processer som förekommer i naturen.
De andra två reaktionsekvationerna (med koefficienter) har formen:
Att uppgifterna är korrekta kontrolleras med en overheadprojektor.
Sista delen
Läraren ber eleverna att lösa ett korsord utifrån det material de har studerat. Resultatet av arbetet lämnas in för kontroll.
Har löst korsord, kommer du att lära dig att ämnena KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, O 3 är starka ... (vertikalt (2)).
Vågrätt:
1. Vilken process återspeglar diagrammet:
3. Reaktion
N2 (g.) + 3H2 (g.) 2NH3 (g.) + F
är redox, reversibel, homogen, ....
4. ... kol(II) är ett typiskt reduktionsmedel.
5. Vilken process återspeglar diagrammet:
6. För att välja koefficienter i ekvationerna för redoxreaktioner, använd den elektroniska... metoden.
7. Enligt diagrammet gav aluminium upp ... en elektron.
8. Som reaktion:
H2 + Cl2 = 2HCl
väte H 2 – ... .
9. Vilken typ av reaktioner är alltid endast redox?
10. Oxidationstillståndet för enkla ämnen är….
11. Som reaktion:
reduktionsmedel -….
Hemläxa. Enligt läroboken av O.S. Gabrielyan "Chemistry-8" § 43, sid. 178–179, ex. 1, 7 skriftligen.
Uppgift (för hemmet). Designerna av de första rymdskeppen och ubåtarna stod inför ett problem: hur man bibehåller en konstant luftsammansättning på fartyget och rymdstationerna? Bli av med överflödig koldioxid och fyll på med syre? En lösning har hittats.
Kaliumsuperoxid KO 2, som ett resultat av interaktion med koldioxid, bildar syre:
Som du kan se är detta en redoxreaktion. Syre i denna reaktion är både ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel.
På ett rymduppdrag räknas varje gram last. Beräkna tillförseln av kaliumsuperoxid som måste tas med på en rymdflygning om flygningen varar i 10 dagar och om besättningen består av två personer. Det är känt att en person andas ut 1 kg koldioxid per dag.
(Svar: 64,5 kg KO 2. )
Uppdrag (ökad svårighetsgrad). Skriv ner ekvationerna för redoxreaktioner som kan leda till förstörelsen av Rhodos koloss. Tänk på att den här gigantiska statyn stod i en hamnstad på en ö i Egeiska havet, utanför kusten i dagens Turkiet, där den fuktiga medelhavsluften är laddad med salter. Den var gjord av brons (en legering av koppar och tenn) och monterad på en järnram.
Litteratur
Gabrielyan O.S.. Kemi-8. M.: Bustard, 2002;
Gabrielyan O.S., Voskoboynikova N.P., Yashukova A.V. Lärarhandbok. 8: e klass. M.: Bustard, 2002;
Cox R., Morris N. Världens sju underverk. Den antika världen, medeltiden, vår tid. M.: BMM AO, 1997;
Små barns uppslagsverk. Kemi. M.: Russian Encyclopedic Partnership, 2001; Encyklopedi för barn "Avanta+". Kemi. T. 17. M.: Avanta+, 2001;
Khomchenko G.P., Sevastyanova K.I. Redoxreaktioner. M.: Utbildning, 1989.
Hur vet man var oxidationsmedlet finns och var reduktionsmedlet finns i en kemisk reaktion? och fick det bästa svaret
Svar från ul.[aktiv]
om ett ämne efter en reaktion (efter likhetstecknet) får en positiv laddning betyder det att det är ett reduktionsmedel
och om det får en negativ laddning betyder det att det är ett oxidationsmedel
Till exempel
H2 + O2 = H2O
Före reaktionen har både väte och syre noll laddning
efter reaktionen
väte får en laddning på +1 och syre -2 betyder att väte är ett reduktionsmedel
och syre är ett oxidationsmedel!!
Källa: =)) om något är oklart, skriv)
Svar från 2 svar[guru]
Hallå! Här är ett urval av ämnen med svar på din fråga: Hur vet du var i en kemisk reaktion oxidationsmedlet finns och var reduktionsmedlet finns?
Svar från BeardMax[guru]
För att göra detta måste du veta vad oxidationstalet är.
Lär dig att bestämma oxidationstillståndet för varje atom i en kemisk förening.
Titta sedan på vilka CO-atomer som ökar i reaktionen och vilka som minskar. Den första är reduktionsmedel, den andra är oxidationsmedel.
I allmänhet fanns det inget behov av att hoppa över kemin.
Svar från OOO[nybörjare]
Ett reduktionsmedel är ett ämne som donerar elektroner. Till exempel, Ca (2+) - 2e = Ca (0)
Ett oxidationsmedel är ett ämne som tar emot elektroner.
Svar från Mariska[nybörjare]
För att ta reda på det måste du titta på vad som är reagens och vad som tillsätts som medium. Till exempel, om utgångsämnena innehåller Mn (+4) och vatten, kommer Mn att ändra oxidationstillståndet till (+6), om jag inte har fel. Dessutom kan du se i vilken grad av oxidation grundämnena är (plötsligt någonstans är det minimalt eller tvärtom maximalt).
