«Открытый урок»
Суянко Татьяна Алексеевна
06.02.2006

"Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса" по технологии модульного обучения

Цели:

  • изучить реакции, идущие с изменением степени окисления;
  • уяснить понятие степень окисления и как определить степень окисления элемента;
  • закрепить навыки и умения в расстановке коэффициентов методом электронного баланса с использованием математических знаний;
  • развитие коммуникативных качеств путём использования работы по парам и в группах.

№ УЭ

Содержание учебного материала

Руководство к освоения
УЭ-1

УЭ-2



УЭ-3


УЭ-4

УЭ-5

УЭ-6

 Прочитай определение окислительно-восстановительные реакции. Запиши в тетрадь определение ОВР. Заучи. Ответь соседу.

Цель: научиться определять степени окисления элементов.

Прочитай определение "степень окисления" и уясните как определяется степень окисления элементов.
Определи степени окисления элементов в следующих веществах: HClO4, MnO2, HCl, NH3, H2O2, H2S, Na2CrO4, N2O5, PH3, NaJO2 Ответь учителю.

Цель: уяснить понятия "окислитель", "восстановитель", "процесс окисления и процесс восстановления".

Запиши в тетрадь определения "окислитель", "восстановитель", "процесс окисления и процесс восстановления".
Изучи таблицу "типичные окислители и типичные восстановители".
Самоконтроль.
Указать окислителем или восстановителем будут данные соединения в ОВР: HClO4, MnO2, HCl, NH3, H2O2, H2S, Na2CrO4, N2O5, PH3, NaJO2
Самоконтроль: составь электронные уравнения:

N+5
N+3
Mn+7		 ---- N+4
---- N+5
---- Mn+2		 N-3
Cl-
C0		 ---- N+5
---- Cl+7
---- C-4

Цель: научиться подбирать стехиометрические коэффициенты методом электронного баланса.

Внимательно прочти материал пункта 2.1. Уясни порядок нахождения коэффициентов в уравнении. Сделай конспект. Материал проговори про себя и ответь соседу.
Прослушай объяснение учителя.
Выполни задание 5.2.(а, б). Ответь учителю
Самоконтроль и взаимоконтроль: выполни задние 5.2 (в, г, д, е)

Цель: изучить типы ОВР.

Внимательно прочти материал пунктов. Запиши в тетрадь определения типов ОВР. Рассмотри примеры реакций.
Ответь соседу определения типов ОВР.
Самоконтроль.
Подбери методом электронного баланса коэффициенты в следующих схемах ОВР. Укажи, к какому типу относится каждая из предложенных реакций:

АgNO3 ---- Ag + NO2 + O2
NH3 + O2 ---- N2 + H2O
KMnO4 ---- K2MnO4 + MnO2 + O2
FeS2 + O2 ---- Fe2O3 + SO2
Ca3(PO4)2 + C + SiO2 ---- CaSiO3 + P

Цель: изучить ОВР с использованием дробных степеней окисления.

Прочти материал пункта 5.1. Составь конспект. Материал проговори про себя и ответь соседу. Прослушай объяснение учителя.
Самоконтроль: выполни задание 5.2 (ж, з, и, к) Ответь учителю.
Взаимоконтроль: для убежденности в сознательности, систематичности, действенности и прочности знаний проверьте друг друга вопросами по теме, формулируя их самостоятельно.
Выполни тестовое задание: выбери один правильный ответ. Все реакции приводятся схемой без коэффициентов.

1.Обязательным условием ОВР является:

1) выделение нерастворимого продукта;
2) образование слабого электролита;
3) изменение рН раствора;
4) изменение степени окисления.

2. К ОВР относится процесс, выраженный схемой уравнения:

1) NaOH + H2SO4 ---- Na2SO4 + H2O;
2) H2SO4 ---- H- + HSO3-;
3) Cu Cl2 + H2O ---- CuOHCl + HCl;
4) Zn + H2SO4 ---- H2 + ZnSO4;

3. К ОВР не относится:

1) C6H5NO2 + H2 ---- C6H5NH2 + H2O;
2) CH3CH2OH ---- CH3COH + H2;
3) CH4 + Cl2 ---- CH2Cl2 + HCl;
4) HC=CH ---- C6H6.

4. В реакции с HClO4 сульфит натрия выступает:

1) восстановителем;
2) окислителем;
3) и восстановителем и окислителем;
4) и окислителем и солеобразователем.

5. Только окислителем может выступать соединение:

1)K2S;
2) K2CrO4;
3) KOH;
4) K2O2.

6. Реакция относится к атомно-молекулярным:

1) Fe2O3 + MnO2 + C ---- Fe + Mn + CO2;
2) AgNO3 ---- Ag + NO2 + O2;
3) NH3 + O2 ---- N2 + H2O;
4) Na + S --- Na2S.

7. Одна молекула окислителя в приведенном ниже уравнении присоединяет число электронов:

K2Cr2O7 + KI + H2SO4 ---- K2SO4 + I2 + Cr2(SO4)3 + H2O

1) 3;
2) 4;
3) 5;
4) 6.

8. Число электронов, отдаваемых молекулой восстановителя в уравнении:

CH2 = CH2 + Cl2 ---- CH2Cl - CH2Cl

1) 2;
2) 3;
3) 4;
4) 1.

9. Сумма коэффициентов левой части уравнения:

Al + HNO3 ---- Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

1) 22;
2) 29;
3) 32;
4) 38.

10. Сумма коэффициентов правой части уравнения:

PH3 + KMnO4 + HCl ---- H3PO4 + MnCl2 + KCl + H2O

1) 37;
2) 35;
3) 33;
4) 31.

Подведите итог своей работы. Ответы на тестовые задания сдайте учителю.

 пункт 1.1

пункт 1.2

задание 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5.

пункт 1.3, 1.4, 1.5, 1.6.

пункт 1.7, 1.8.

пункт 2.1.

пункт 5.2.

пункты 4.1- 4.4

пункт 5.1.

1. Окислительно-восстановительные реакции

1.1. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) - это реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. В ОВР происходит переход от одних атомов, молекул или ионов к другим.

1.2. Степень окисления - условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что она состоит из ионов. При расчете степени окисления исходят из электроотрицательности молекул: сумма всех степеней окисления атомов в соединении равна нулю. Постоянную степень окисления имеют: Н+1, О-2 , Ме+ по валентности, свободный элемент0.

Определим степени окисления элементов:

Н2СО3
+2 +4 -6 = 0		 Н3РО4
+3 +5 -8 = 0

1.3. Процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом называется окислением.

Э - пе ---- Э+п, где Э - восстановитель.

1.4. Процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом называется восстановлением

Э + пе ---- Э-п, где Э - окислитель.

1.5. Атомы, ионы или молекулы, отдающие электроны называются восстановителями, в результате ОВР они окисляются.

1.6. Атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны называются окислителями, при этом они восстанавливаются.

1.7. Окисление всегда сопряжено с восстановлением.

Число электронов, участвующих в процессе окисления равно числу электронов, участвующих в процессе восстановления.

Типичные окислители Типичные восстановители
  1. Атомы и молекулы 6-7 групп (S, O2, Cl2).
  2. Ионы металлов в высоких степенях окисления (Fe3+, Cu2+).
  3. Ионы, молекулы, содержащие атомы металлов в высоких степенях окисления (KMn+7O4, K2Cr2+6O4).
  4. Ионы, молекулы, содержащие атомы неметаллов в высоких степенях окисления (HN+5O3, H2S+6O4, KCl+7O4).
  1. Атомы всех металлов.
  2. Отрицательно заряженные ионы неметаллов (S2-, Cl-, Br-).
  3. Ионы металлов в низких степенях окисления (Fe2+, Mn2+).
  4. H2, CO.

1.8. Окислителем или восстановителем, в зависимости от конкретных условий могут выступать:

а) ионы металлов и неметаллов в промежуточной степени окисления. Например:

Fe+2 - 1e- ---- Fe+3, где Fe+2 - восстановитель, реакция окисления;
Fe+3 + 2e- ---- Fe0, где Fe+2 - окислитель, реакция восстановления;
S+4 - 2e- ---- S+6, где S+4 - восстановитель, реакция окисления;
S+4 + 6e- ---- S-2, где S+4 - окислитель, реакция восстановления.

б) элементы главных подгрупп 4 и 5 групп периодической системы элементов.

Например:

C + O2 ---- CO2;
C0 - 4e- ---- C+4, где C0 - восстановитель, реакция окисления;
C + 2H2 ---- CH4;
C0 + 4e- ---- C-4, где C0 - окислитель, реакция восстановления.

2. Методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций

2.1. Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР можно проводить методом электронного баланса или методом полуреакций. Рассмотрим подробно метод электронного баланса на примере реакции:

Ca3(PO4)2 + C + SiO2 ---- CaSiO3 + P + CO.

2.2. Порядок нахождения коэффициентов следующий:

а) Определяем элементы, меняющие степень окисления - это Р и С.

б) Составляем электронные уравнения процессов восстановления и окисления, учитывая количество атомов восстановления или окисления в исходных молекулах:

2Р+5 + 10е- ---- 2Р0, процесс восстановления, Р+5 - окислитель.
С0 - 2е- ---- С+2, процесс окисления, С0 - восстановитель.

в) Находим наименьшее общее кратное, чтобы уравнять количество электронов в процессах окисления и восстановления:

г) Подставим найденные коэффициенты в уравнение ОВР:

Ca3(PO4)2 + 5C + SiO2 ---- CaSiO3 + 2P + 5CO.

д) Подбор следующих коэффициентов осуществляем в строгой последовательности:

  1. Уравниваем катионы, не имеющие степень окисления (в данном случае - Са+2).
  2. Уравниваем неметаллы, не меняющие степень окисления (в данном случае - Si+4).
  3. Уравниваем атомы водорода (в данном случае они отсутствуют).

Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 ---- 3CaSiO3 + 2P + 5CO

е) правильность подбора коэффициентов проверяем подсчитывая число атомов кислорода в правой и левой частях уравнения.

2.3. В некоторых реакциях кислоты, выступающие как окислитель (или восстановитель), могут выполнять и роль среды, выступая в качестве солеобразователя без изменения степени окисления:

Cu + HNO3 ---- Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

Cu + 2HNO3(окислитель) + 2HNO3(солеобразователь) ---- Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Итоговое: Cu + 4HNO3 ---- Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

2KMnO4 + 10HCl + хHCl(солеобразователь) ---- 2MnCl2 + KCl + 5Cl2 + H2O

Уравниваем катионы металла, не меняющего степень окисления (это К+):

2KMnO4 + 10HCl + хHCl(солеобразователь) ---- 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + H2O

Из правой части уравнения следует, что 6 молекул НСl используется для солеобразования, поэтому всего в левой части уравнения должно быть 16 молекул НСl. Осталось уравнять водород:

2KMnO4 + 16HCl ---- 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O

3. Задания для самостоятельной работы

3.1. Определите степени окисления элементов в следующих веществах и указать окислителем или восстановителем будут они в ОВР:

HClO4, MnO2, HCl, NH3, H2O2, H2S, Na2CrO4, N2O5, PH3, NaJO2.

3.2. Составить электронные уравнения:

N+5
N+3
N+3		 ---- N+4
---- N+5
----N+2		 C0
Mn+7
As+3		 ---- C+4
---- Mn+2
---- As+5		 S-2
Al0
Bi+5		 ---- S+4
---- Al+3
---- Bi+3

3.4. Определите степень окисления азота в веществах: N2O4, (NH4)2CO3, NO2-, NH4Cl, N2H4, NH2OH, Pb(NO2)2.

3.5. Определите степень окисления хлора в веществах: KClO3, Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, AlCl3.

4. Классификация окислительно-восстановительных реакций

4.1. Реакции межмолекулярного окисления-восстановления - это ОВР, в которых атом-окислитель и атом-восстановитель принадлежат разным веществам. Уравнивание проводим методом электронного баланса:

2HN+3O2 + H2S-2 ---- 2N +2O + S0 + 2H2O

N+3 + 1e- ---- N+2 2 окислитель, восстановление
S-2 ---- 2e- ---- S0 1 восстановитель, окисление

KI+5O3 + 5RI- + 3H2SO4 ---- 3I20 + 3K2SO4 + 3H2O

I+5 + 5e- ---- I0 1 окислитель, восстановление
I-1 - 1e- ---- I0 5 восстановитель, окисление

2KMn+7O4 + 5H2O2-1 + 3H2SO4 ---- 2Mn +2SO4 + 5O20 + K2SO4 + 8H2O

Mn+7 + 5e- ---- Mn+2 2 окислитель, восстановление
2O-1 - 2e- ---- O20 5 восстановитель, окисление

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 ---- 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Mn+7 + 5e- ---- Mn+2 2 окислитель, восстановление
Fe+2 - 1e- ---- Fe+3 5 восстановитель, окисление

Наименьшее общее кратное 5 умножаем на 2, так4 как в продуктах реакции атомов железа должно быть четное количество.

4.2. К этому же типу ОВР можно отнести и реакции межатомного и атомно-молекулярного окисления-восстановления:

Fe0 + S0 ---- Fe+2S-2
Fe - 2e- ---- Fe+2 восстановитель, окисление
S0 + 2e- ---- S-2 окислитель, восстановление

HN +5O3 + Cu0 ---- Cu+2(NO3)2 + 2N+4O2 + 2H2O
Cu0 - 2e- ---- Cu +2 восстановитель, окисление
N+5 + 1e- ---- N+4 окислитель, восстановление

4.3. Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления - это ОВР, в которых атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав одной молекулы или иона и могут быть представлены как разными элементами, так и одним элементом, но в разных степенях окисления:

2NaN+5O3-2 ---- 2NaN+3O2 + O20
N+5 +2e- ---- N+3 2 окислитель, восстановление
2O-2 - 4e- ---- O02 1 восстановитель, окисление

2KCl+5O3 ---- 2KCl- + 3O20
Cl+5 + 6e- ---- Cl-1 2 окислитель, восстановление
2O-2 - 4e- ---- O20 3 восстановитель, окисление

(N-3H4)2Cr2+6O7 ---- N20 + Cr2+3O3 + 4H2O
2N-3 - 6e- ---- N20 1 окислитель, восстановление
2Cr+6 + 6e- ---- 2Cr+3 1 восстановитель, окисление

2Hg+2O-2 ---- 2Hg0 + O20
Hg+2 + 2e- ---- Hg0 2 окислитель, восстановление
2O-2 - 4e- ---- O20 1 восстановитель, окисление

N-3H4N+5O3 ---- N2 +1O + 2H2O
N-3 - 4e- ---- N+1 1 окислитель, восстановление
N+5 + 4e- ---- N+1 1 восстановитель, окисление

N-3H4N+3O2 ---- N20 + 2H2O
N-3 - 3e- ---- No 1 окислитель, восстановление
N+3 + 3e- ---- N0 1 восстановитель, окисление

2Ag+N+5O3 ---- 2Ag0 + 2N+4O2 + O20
Ag+ + 1e- ---- Ag0 2 окислитель, восстановление
N+5 + 1e- ---- N+4
2O-2 - 4e- ---- 2O0 4 восстановитель, окисление

4.4. Реакция диспропорционирования - это ОВР, в которых роль окислителя и восстановителя выполняют атомы одного и того же элемента, находящегося в промежуточной степени окисления. К этому же типу реакций относят реакции самоокисления-самовосстановления и дисмутации.

Cl20 + H2O ---- HCl- + HCl+O
Cl0 - 1e- ---- Cl+ 1 восстановитель, окисление
Cl0 + 1e- ---- Cl- 1 окислитель, восстановление

3HN+3O2 ---- HN+5O3 + 2N+2O + H2O
N+3 + 1e- ---- N+2 1 восстановитель, окисление
N+3 - 2e- ---- N+5 1 окислитель, восстановление

2N+4O2 + H2O ---- HN+3O2 + HN+5O3
N+4 + 1e- ---- N+3 1 восстановитель, окисление
N+4 - 1e- ---- N+5 1 окислитель, восстановление

5. Уравнение ОВР с использованием дробных степеней окисления

5.1. Дробная степень окисления элемента свидетельствует о том, что атомы одного и того же элемента находятся в разных степенях окисления, либо вещество представляет собой смесь веществ, в которых элемент находится в разных степенях окисления.

Fe3O4 + 4 CO ---- 3Fe + 4CO2
3Fe+8/3 + 8e- ---- 3Fe0 1 окислитель, восстановление
C+2 - 2e- ---- C+4 4 восстановитель, окисление

3Mn3O4 + 8Al ---- 9Mn + 4Al2O3
3Mn+8/3 +8e- ---- 3Mn0 3 окислитель, восстановление
Al0 - 3e- ---- Al+3 8 восстановитель, окисление

5.2. Задания для самостоятельной работы.

Методом электронного баланса подобрать коэффициенты в ОВР, указать окислитель, восстановитель и процессы окисления и восстановления.

а) KMnO4 + KI + H2SO4 = I2 +MnSO4 + K2SO4 + H2O
б) Cr(NO3)3 + NaBiO3 + HNO3 = H2Cr2O7 + Bi(NO3)3 + NaNO3 + H2O
в) NaBr + KMnO4 + H2O = Br2 + MnO2 + NaOH + KOH
г) CH2 = CH2 + KMnO4 + H2O = HO - CH2 - CH2 - OH + MnO2 + KOH
д) C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + H2O + CO2
е) As2S3 + HNO3 + H2O = H3AsO4 + H2SO4 + NO
ж) Fe3O4 + CO = Fe + CO2
з) Mn3O4 + Al = Mn + Al2O3
и) Cu3O2 + HCl ---- Cu + Cl2 + H2O
к) C3H8O3 + O2 ---- CO2 + H2O

Приложение

Приложения