ОВР
консультация по химии (11 класс) на тему

 Окислительно-восстановительные свойства веществ.

     Для понимания зависимости окислительно-восстановительных свойств веществ от положения элемента, их образующего, в ПСЭ, надо вспомнить о понятиях  «окислительно-восстановительные реакции», «окислитель» и «восстановитель».

     Окислительно-восстановительные (о/в) реакции – реакции, идущие с переносом электронов.

     Степень окисления (СО) – условный заряд, который приобрел бы атом, если все связи в нем были ионные. Вычисляется исходя из постулатов:

• молекула нейтральна, ее СО равна нулю;
• СО водорода (в большинстве соединений) и щелочных металлов (Li – Fr) равна +1, металлов основной подгруппы 2 группы (Ве – Mg) равна +2;
• СО кислорода (в большинстве соединений) равна –2.

     К качестве примера определим СО марганца в перманганате калия (КMnO4). Сумма отрицательных зарядов на кислороде равна +8 [(+2) ⋅ 4]. Так как СО молекулы равна 0; сумма положительных зарядов должна быть равна -8; из них СО К+ равна +1. Следовательно, СО марганца равна +7.

     Окислитель – элемент, принимающий электроны. При этом он восстанавливается. Его СО понижается. Например,     Mn+7 + 5e = Mn2+

     Восстановитель отдает электроны. При этом он окисляется. Его СО  повышается. Например,  Mn 2+  – 2e = Mn4+.

     Чем больше заряд и меньше «радиус» элемента, тем легче принять электрон, тем активнее окислитель. Способность элементов притягивать к себе электроны отражает понятие «электроотрицательность» (ЭО). Поэтому в периодах ПСЭ ЭО элементов увеличивается слева направо; в группах ЭО увеличивается снизу вверх. Наиболее активные окислители – фтор, хлор, кислород, азот имеют наибольшие значения ЭО. Самый активный из них – фтор имеет самое высокое значение ЭО. Фтор окисляет даже кислород и благородные (ранее назывались инертными) газы.

     Чем меньше заряд и больше «радиус» элемента, тем легче отдать электрон, тем сильнее выражены восстановительные свойства. Самый активный восстановитель ПСЭ – франций

     В периоде ПСЭ с ростом заряда и незначительным  уменьшением «радиуса» окислительные свойства усиливаются слева направо за счет усиления притяжения  валентных электронов наиболее положительно заряженным ядром. Это необходимо учитывать, определяя окислитель и восстановитель  в реакциях между элементами одного периода. Так в реакции между серой и хлором окислитель – хлор, восстановитель – сера.

     В группах ПСЭ сверху вниз усиливаются восстановительные свойства.

     Для понимания связи о/в свойств элемента и его соединений   с положением элемента в ПСЭ,   рассмотрим следующие понятия:

     высшая степень окисления (больше которой не может быть)  численно равна номеру группы, в которой находится элемент в ПСЭ. В высшей СО все элементы – только окислители, могут только принимать электроны.

Например, высшая СО серы равна + 6;

     низшая степень окисления (меньше которой не может быть) для металлов равна нулю; для неметаллов численно равна номеру группы, в которой находится элемент в ПСЭ, минус восемь. Например, низшая СО серы равна –2 (H2S), магния равна 0;

     промежуточная степень окисления – СО, находящаяся между низшей и высшей СО элемента. В промежуточной СО элементы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от партнера по реакции. Например, промежуточная СО на сере в сернистой  кислоте (H2SO3) и SO2 - оксиде серы (IV), равна +4, поэтому сернистая кислота в реакции с H2S – окислитель, а в реакции с КMnO4 – восстановитель.

     Типы о/в реакций

     Для понимания процесса протекания о/в реакций рассмотрим различные типы о/в реакций.

     межмолекулярные реакции – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах, например, КMnO4 + H2S;

внутримолекулярные – реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся внутри  одной и той же молекулы. Например, в молекуле

 (NH4)2 Cr2О7: N-3 – восстановитель, Сr6+ - окислитель;

     самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования) –окислитель и восстановитель один и тот же элемент, находящийся в промежуточной СО. Он сам себя окисляет и восстанавливает. Например, Сl2  в реакции с водой сам себя окисляет и восстанавливает.

     Определение продуктов о/в реакций.

     В межмолекулярных и внутримолекулярных о/в реакциях сначала определяют окислитель и восстановитель. Затем, исходя из  их возможных СО, определяют возможные продукты реакции, помня о том, что окислитель понижает СО, а восстановитель  ее повышает. Например, в реакции между оксидом свинца (IV) и иодидом калия ( в сернокислой среде): PbO2 – окислитель (свинец находится в 4 группе ПСЭ, Pb+4 – высшая СО свинца). Понижая свою СО, свинец может превратиться в Pb+2; KI - восстановитель ( йод – элемент 7 группы ПСЭ, I1- - низшая  CО йода). Повышая свою СО, йод может превратиться в I20. Напомним, что молекула йода, как и  других галогенов, состоит из двух атомов.

Cхема реакции:

PbO2 + KI + Н2SO4 = PbSO4 + I20 + K2SO4 + Н2О,

 где K2SO4 + Н2О – продукты  реакции обмена.

     Следует помнить, что для амфотерных элементов (оксиды и гидроксиды которых – амфотерны), вид получаемого продукта зависит также и от реакции среды:  Pb2+ в сернокислой среде существует  в виде PbSO4, в щелочной среде (КОН) – в виде К2РbO2, т.к.

Pb(OH)2 + Н2SO4 = PbSO4 + Н2О

Pb(OH)2 + 2КОН = К2РbO2+ 2Н2О

     Для амфотерных элементов, имеющих много различных СО, например,

для марганца, в зависимости от среды получаются продукты с различными СО. Больше всего СО изменяется в кислой среде, меньше всего – в щелочной. Например, в кислой среде       Mn+7 + 5e = Mn2+,

              в нейтральной             Mn+7 + 3е  = Mn4+

                      в щелочной среде      Mn+7 + 1е  = Mn+6

     В реакциях диспропорционирования элемент, находящийся в промежуточной СО, может сам себя окислять и сам себя восстанавливать, вступая в реакции самоокисления – самовосстановления. При этом (если реакция проводится без нагревания) получаются  продукты реакции со СО, ближайшими  к исходному. Например:

Cl2 + H2O = HCl + HClO

     Коэффициенты в уравнениях  о/в реакций.

     Чтобы правильно расставить коэффициенты в уравнении о/в реакции, нужно составить электронный баланс, помня, что количество отданных и принятых электронов в реакции равны между собой.

     Составим такой баланс для выше написанной реакции между оксидом свинца (IV) и иодидом калия (в сернокислой среде)  и расставим коэффициенты в  ее уравнении         PbO2 + 2KI + 2Н2SO4 = PbSO4 + I20 + K2SO4 + 2Н2О

Pb+4 + 2e = Pb2+ ,    2I- - 2e = I2

Тренировочные задания

Тесты по теме

1.На каком энергетическом уровне находятся валентные электроны у атомов:

 а) мышьяка; б) олова? а) 1 – на 2, 2 – на 5, 3 – на 4; б) 1 – на 5; 2 – на 4, 3 – на 2.

2.Назовите наиболее активный металл среди элементов 2 группы ПСЭ:

а)  кальций;        б) кадмий; в)  радий.

3.Назовите наиболее активный неметалл среди элементов 6 группы:

а) сера;        б) теллур;        в) кислород.

4.В какой из перечисленных групп  приведены формулы только кислотных оксидов? а) SO3, BaO, ZnO;        б) СО2, SO3, N2O5;    в) МnO, CaO, BaO.

5. В какой из перечисленных групп   приведены формулы      веществ, проявляющих только восстановительные свойства?

а) H2S, Zn, NH3;           б) H2SO3, H2S, H2SO4;         в) H2SO4, KClO3, Mg                .