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Õèìèÿ 8 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí ÃÄÇ 8 êëàññ§ 44. Îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ðåàêöèèÌíîãîîáðàçèå êëàññèôèêàöèé õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïî ðàçëè÷íûì ïðèçíàêàì (íàïðàâëåíèþ, ÷èñëó è ñîñòàâó ðåàãèðóþùèõ è îáðàçóþùèõ âåùåñòâ, èñïîëüçîâàíèþ êàòàëèçàòîðà, òåïëîâîìó ýôôåêòó) ìîæíî äîïîëíèòü åù¸ îäíèì ïðèçíàêîì. Ýòîò ïðèçíàê — èçìåíåíèå ñòåïåíè îêèñëåíèÿ àòîìîâ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, îáðàçóþùèõ ðåàãèðóþùèå âåùåñòâà. Íàïðèìåð, â ðåàêöèè
ñòåïåíè îêèñëåíèÿ àòîìîâ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïîñëå ðåàêöèè íå èçìåíèëèñü. À âîò â äðóãîé ðåàêöèè — âçàèìîäåéñòâèå ñîëÿíîé êèñëîòû ñ öèíêîì
àòîìû äâóõ ýëåìåíòîâ, âîäîðîäà è öèíêà, èçìåíèëè ñâîè ñòåïåíè îêèñëåíèÿ: âîäîðîä ñ +1 íà 0, à öèíê — ñ Î íà +2. Ñëåäîâàòåëüíî, â ýòîé ðåàêöèè êàæäûé àòîì âîäîðîäà ïîëó÷èë ïî îäíîìó ýëåêòðîíó
à êàæäûé àòîì öèíêà îòäàë äâà ýëåêòðîíà
Ïîä âîññòàíîâëåíèåì ïîíèìàþò ïðîöåññ ïðèñîåäèíåíèÿ ýëåêòðîíîâ àòîìàìè, èîíàìè èëè ìîëåêóëàìè. Ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ïðè ýòîì ïîíèæàåòñÿ. Íàïðèìåð, àòîìû íåìåòàëëîâ ìîãóò ïðèñîåäèíÿòü ýëåêòðîíû, ïðåâðàùàÿñü ïðè ýòîì â îòðèöàòåëüíûå èîíû, ò. å. âîññòàíàâëèâàÿñü1: 1 Äàëåå ìû áóäåì óêàçûâàòü ñòåïåíü îêèñëåíèÿ, à íå çàðÿäû èîíîâ, òàê êàê èõ ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ñîâïàäàþò.
Ýëåêòðîíû ìîãóò ïðèñîåäèíÿòüñÿ è ê ïîëîæèòåëüíûì èîíàì, êîòîðûå ïðè ýòîì ïðåâðàùàþòñÿ â àòîìû:
Ïðèíèìàòü ýëåêòðîíû ìîãóò è ïîëîæèòåëüíûå èîíû, ó êîòîðûõ ïðè ýòîì ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ïîíèæàåòñÿ:
Ïîä îêèñëåíèåì ïîíèìàþò ïðîöåññ îòäà÷è ýëåêòðîíîâ àòîìàìè, èîíàìè èëè ìîëåêóëàìè. Íàïðèìåð, àòîìû ìåòàëëîâ, òåðÿÿ ýëåêòðîíû, ïðåâðàùàþòñÿ â ïîëîæèòåëüíûå èîíû, ò. å. îêèñëÿþòñÿ:
Îòäàâàòü ýëåêòðîíû ìîãóò îòðèöàòåëüíûå èîíû:
Òåðÿòü ýëåêòðîíû ìîãóò è íåêîòîðûå ïîëîæèòåëüíûå èîíû ñ íèçøèìè ñòåïåíÿìè îêèñëåíèÿ:
Ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî ïðè ýòîì ñòåïåíü îêèñëåíèÿ ïîâûøàåòñÿ.
Îêèñëåíèå âñåãäà ñîïðîâîæäàåòñÿ âîññòàíîâëåíèåì è íàîáîðîò, ò. å. îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ðåàêöèè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé åäèíñòâî äâóõ ïðîòèâîïîëîæíûõ ïðîöåññîâ — îêèñëåíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ. Ñõåìà âçàèìîñâÿçè èçìåíåíèÿ ñòåïåíåé îêèñëåíèÿ ñ ïðîöåññàìè îêèñëåíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà òàê, êàê ýòî èçîáðàæåíî íà ñõåìå 2.
 îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûõ ðåàêöèÿõ ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, îòäàâàåìûõ âîññòàíîâèòåëåì, ðàâíî ÷èñëó ýëåêòðîíîâ, ïðèíèìàåìûõ îêèñëèòåëåì, ò. å. ñîáëþäàåòñÿ ýëåêòðîííûé áàëàíñ. Ìåòîä ýëåêòðîííîãî áàëàíñà ïðèìåíÿþò äëÿ çàïèñåé ýëåêòðîííûõ óðàâíåíèé ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ. Íàïðèìåð, ðåàêöèþ àëþìèíèÿ ñ õëîðèäîì ìåäè (II) îïèñûâàþò ñõåìîé (ðèñ. 146):
à ýëåêòðîííûå óðàâíåíèÿ áóäóò èìåòü âèä:
Ìîëåêóëÿðíîå óðàâíåíèå ýòîé ðåàêöèè íàïèñàòü óæå íåñëîæíî, òàê êàê êîýôôèöèåíòû äëÿ íåãî áóäóò âçÿòû èç ýëåêòðîííûõ óðàâíåíèé:
Ïîêàæåì, êàê ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ýëåêòðîííîãî áàëàíñà ìîæíî ðàññòàâèòü êîýôôèöèåíòû â óðàâíåíèè ñëîæíîé îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíîé ðåàêöèè. Êàê âû ïîìíèòå, ïåðâîå ïðàâèëî ðÿäà íàïðÿæåíèé ìåòàëëîâ î âçàèìîäåéñòâèè ìåòàëëîâ ñ ðàñòâîðàìè êèñëîò íå ðàñïðîñòðàíÿëîñü íà ñåðíóþ êèñëîòó êîíöåíòðèðîâàííóþ è àçîòíóþ êèñëîòó ëþáîé êîíöåíòðàöèè.  îòëè÷èå îò ñîëÿíîé êèñëîòû, â êîòîðîé îêèñëèòåëåì àòîìîâ ìåòàëëà áûëè êàòèîíû âîäîðîäà, â êîíöåíòðèðîâàííîé ñåðíîé è àçîòíîé êèñëîòàõ îêèñëèòåëÿìè ÿâëÿþòñÿ àòîìû ñåðû è àçîòà èç ñóëüôàò-èîíîâ è íèòðàò-èîíîâ. Ïîýòîìó êîíöåíòðèðîâàííàÿ H2SO4 è HNO3 ëþáîé êîíöåíòðàöèè âçàèìîäåéñòâóþò ñ ìåòàëëàìè, ñòîÿùèìè â ðÿäó íàïðÿæåíèé êàê äî âîäîðîäà, òàê è ïîñëå íåãî, âîññòàíàâëèâàÿñü ïðè ýòîì äî SO2, NO è ò. ä. Íàïðèìåð, ïðè âçàèìîäåéñòâèè ðàçáàâëåííîé àçîòíîé êèñëîòû ñ ìåäüþ ïîëó÷àåòñÿ íèòðàò ìåäè (II), îêñèä àçîòà (II) è âîäà. Çàïèøåì ôîðìóëû èñõîäíûõ âåùåñòâ è ïðîäóêòîâ ðåàêöèè ñ óêàçàíèåì ñòåïåíåé îêèñëåíèÿ:
Ïîä÷åðêí¸ì çíàêè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, èçìåíèâøèõ ñâîè ñòåïåíè îêèñëåíèÿ:
Ñîñòàâèì ýëåêòðîííûå óðàâíåíèÿ, ò. å. îòðàçèì ïðîöåññû îòäà÷è è ïðèñîåäèíåíèÿ ýëåêòðîíîâ:
Çàïèøåì êîýôôèöèåíò 3 ïåðåä
Òåïåðü óðàâíÿåì ÷èñëî àòîìîâ àçîòà. Ïîñëå ðåàêöèè îíî ðàâíî 3 • 2 = 6 èç Cu(NO3)2 è åù¸ 2 àòîìà èç 2NO, âñåãî 8. Ïîýòîìó ïåðåä HNO3 çàïèøåì êîýôôèöèåíò 8:
è óðàâíÿåì ÷èñëî àòîìîâ âîäîðîäà:
Ïðîâåðèì ïðàâèëüíîñòü ðàññòàíîâêè êîýôôèöèåíòîâ, ïîäñ÷èòàâ ÷èñëî àòîìîâ êèñëîðîäà äî è ïîñëå ðåàêöèè: äî ðåàêöèè — 24 àòîìà è ïîñëå ðåàêöèè — 24 àòîìà. Êîýôôèöèåíòû ðàññòàâëåíû ïðàâèëüíî, ïîýòîìó çàìåíèì â óðàâíåíèè ñòðåëêó íà çíàê ðàâåíñòâà:
Çíàÿ ôîðìóëó âåùåñòâà è îïðåäåëèâ ñòåïåíè îêèñëåíèÿ àòîìîâ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â í¸ì, íåòðóäíî ïðåäñêàçàòü, êàêèå ñâîéñòâà áóäåò ïðîÿâëÿòü êàæäûé ýëåìåíò è âåùåñòâî â öåëîì: îêèñëèòåëüíûå èëè âîññòàíîâèòåëüíûå. Íàïðèìåð, àçîò â àçîòíîé êèñëîòå èìååò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñòåïåíè îêèñëåíèÿ +5, ò. å. îí «ïîòåðÿë» âñå ýëåêòðîíû, ïîýòîìó Äðóãîé ïðèìåð — îêñèä àçîòà (II) Ïðèâåä¸ì ïðèìåðû âàæíåéøèõ âîññòàíîâèòåëåé è îêèñëèòåëåé. Âîññòàíîâèòåëè: àêòèâíûå ìåòàëëû, âîäîðîä, óãîëü, îêñèä óãëåðîäà (II) ÑÎ, ñåðîâîäîðîä H2S, àììèàê NH3 è ò. ä. Îêèñëèòåëè: êèñëîðîä, ãàëîãåíû; àçîòíàÿ HNO3 è ñåðíàÿ H2SO4 êèñëîòû, ïåðìàíãàíàò êàëèÿ ÊÌnO4 è äð.
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâî-ñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Êàêèå èç ðåàêöèé, óðàâíåíèÿ êîòîðûõ çàïèñàíû íèæå, îòíîñÿò ê îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûì?
Äëÿ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûõ ðåàêöèé óêàæèòå îêèñëèòåëü è âîññòàíîâèòåëü, ïðîöåññû îêèñëåíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ, ñîñòàâüòå ýëåêòðîííûå óðàâíåíèÿ. 2. Äàéòå õàðàêòåðèñòèêó ðåàêöèè ñèíòåçà àììèàêà ïî âñåì èçó÷åííûì âàìè ïðèçíàêàì êëàññèôèêàöèè õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. 3. Èç ñëåäóþùèõ óòâåðæäåíèé âûáåðèòå èñòèííûå: à) ê îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûì áóäóò îòíîñèòüñÿ âñå ðåàêöèè èîííîãî îáìåíà;
Îáîñíóéòå ñâîþ òî÷êó çðåíèÿ, äîêàæèòå å¸ ïðèìåðàìè óðàâíåíèé ðåàêöèé. 4. Ñîãëàñíû ëè âû ñ óòâåðæäåíèåì, ÷òî HNO3 ïðîÿâëÿåò òîëüêî îêèñëèòåëüíûå ñâîéñòâà, a NH3 — òîëüêî âîññòàíîâèòåëüíûå? Îòâåò îáîñíóéòå. 5. Êàêîå èç âåùåñòâ — ñåðîâîäîðîä H2S è ñåðíàÿ êèñëîòà H2SO4 — ïðîÿâëÿåò òîëüêî îêèñëèòåëüíûå èëè òîëüêî âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà? Ïî÷åìó? 6. Îáîñíóéòå òåçèñ, ÷òî SO2 ìîæåò áûòü è îêèñëèòåëåì, è âîññòàíîâèòåëåì. 7. Ðàññòàâüòå êîýôôèöèåíòû ìåòîäîì ýëåêòðîííîãî áàëàíñà â ñëåäóþùèõ ñõåìàõ ðåàêöèé:
8. Íàçîâèòå îêèñëèòåëü â ðåàêöèÿõ âçàèìîäåéñòâèÿ öèíêà ñ ñîëÿíîé è àçîòíîé êèñëîòàìè. Äëÿ ïîñëåäíåé ðåàêöèè èñïîëüçóéòå àíàëîãèþ âçàèìîäåéñòâèÿ àçîòíîé êèñëîòû ñ ìåäüþ.
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