Окислительно-восстановительные реакции
Кто отдаёт, а кто забирает электроны — реакции, что дают ток в батарейке.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Определение
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов. В ОВР одновременно происходят два процесса: окисление (отдача электронов) и восстановление (принятие электронов).
💡 Главное правило: сколько электронов отдано — столько и принято. Общее число электронов в системе не меняется.
Степень окисления
Степень окисления — условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи ионные. Обозначается со знаком: +1, -2, +3.
Правила определения:
- Степень окисления простых веществ равна 0: O₂⁰, H₂⁰, Fe⁰, Cl₂⁰.
- Кислород в соединениях обычно -2 (кроме пероксидов: -1).
- Водород обычно +1 (кроме гидридов металлов: -1).
- Металлы всегда имеют положительную степень окисления.
- Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна 0.
Окисление и восстановление
| Процесс | Электроны | Степень окисления |
|---|---|---|
| Окисление | Отдача | Повышается |
| Восстановление | Принятие | Понижается |
📌 Мнемоника: Окисление — Отдача. Восстановление — Взятие.
Окислитель и восстановитель
- Окислитель — вещество, принимающее электроны. Его степень окисления понижается. Типичные окислители: O₂, Cl₂, HNO₃, KMnO₄.
- Восстановитель — вещество, отдающее электроны. Его степень окисления повышается. Типичные восстановители: металлы (Na, Fe, Zn), H₂, C, CO.
⚠️ Окислитель окисляет другое вещество, но сам при этом восстанавливается. Восстановитель восстанавливает другое вещество, но сам окисляется.
Метод электронного баланса
Алгоритм подбора коэффициентов в ОВР:
- Определить степени окисления всех элементов.
- Выписать элементы, изменившие степень окисления.
- Составить уравнения полуреакций окисления и восстановления.
- Уравнять число отданных и принятых электронов (найти НОК).
- Расставить коэффициенты: сначала перед окислителем и восстановителем, затем остальные.
Примеры реакций с решением
Пример 1. Расставьте коэффициенты: Fe + Cl₂ → FeCl₃.
Дано: Fe⁰ + Cl₂⁰ → Fe⁺³Cl₃⁻¹
Полуреакции: Fe⁰ - 3e⁻ → Fe⁺³ | ×2 — окисление, Fe — восстановитель Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻ | ×3 — восстановление, Cl₂ — окислитель
Баланс: НОК(3,2) = 6. Умножаем первую на 2, вторую на 3.
Ответ: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
Пример 2. Расставьте коэффициенты: CuO + H₂ → Cu + H₂O.
Дано: Cu⁺²O⁻² + H₂⁰ → Cu⁰ + H₂⁺¹O⁻²
Анализ: Cu меняет степень с +2 до 0 (восстановление, CuO — окислитель). H меняет с 0 до +1 (окисление, H₂ — восстановитель).
Полуреакции: Cu⁺² + 2e⁻ → Cu⁰ | ×1 H₂⁰ - 2e⁻ → 2H⁺¹ | ×1
Баланс: 2 = 2, коэффициенты не нужны.
Ответ: CuO + H₂ → Cu + H₂O
Пример 3. Расставьте коэффициенты: Al + O₂ → Al₂O₃.
Дано: Al⁰ + O₂⁰ → Al₂⁺³O₃⁻²
Полуреакции: Al⁰ - 3e⁻ → Al⁺³ | ×4 O₂⁰ + 4e⁻ → 2O⁻² | ×3
Баланс: НОК(3,4) = 12.
Ответ: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
Примеры вопросов из тренажёра
-
Q: Что такое степень окисления?
A: верный ответ — Условный заряд атома в предположении, что все связи ионные
Объяснение: Степень окисления — условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи ионные. Сумма степеней окисления в молекуле всегда равна 0.
-
Q: Какой процесс называется окислением?
A: верный ответ — Отдача электронов, повышение степени окисления
Объяснение: Окисление — процесс отдачи электронов, при котором степень окисления элемента повышается. Восстановление — принятие электронов, степень окисления понижается.
-
Q: Чему равна степень окисления марганца в KMnO₄?
A: верный ответ — +7
Объяснение: KMnO₄: K = +1, O₄ = -2×4 = -8. Сумма = 0, значит Mn = +7. Проверка: +1 + 7 + 4×(-2) = +1 + 7 - 8 = 0.
-
Q: Какое вещество является окислителем в реакции Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu?
A: верный ответ — CuSO₄
Объяснение: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e⁻ (окисление, Zn — восстановитель). Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰ (восстановление, CuSO₄ содержит Cu²⁺ — это окислитель). Окислитель принимает электроны.
-
Q: Какие коэффициенты нужно поставить в ОВР: Fe + Cl₂ → FeCl₃?
A: верный ответ — 2, 3, 2
Объяснение: Fe⁰ - 3e⁻ → Fe⁺³ | ×2. Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ | ×3. НОК(3,2) = 6. Ответ: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃.