Тема 1. Окислительно–восстановительные реакции

Цели, задачи:

На фактическом уровне получения знаний:

1. Понятие эффективного заряда атома в молекуле. Окислители и восстановители. Окислительно–восстановительная двойственность;

2. Окислительно-восстановительный потенциал, как мера окислительно-восстановительной способности химического элемента, его стандартное значение;

3. Классификация процессов окисления-восстановления;

4. Уравнение окислительно-восстановительного процесса, ионно-электронный баланс;

5. Термодинамический подход к окислительно-восстановительным реакциям, определение возможности и направленности протекания и пределе протекания процесса.

На операционном уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Рассчитывать степень окисленности атома элемента в молекуле;

2. Приводить уравнения окислительно-восстановительного процесса и полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса;

3. Рассчитывать изобарно-изотермический потенциал данного процесса.

На аналитическом уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Оценивать окислительно-восстановительную способность данного элемента в молекуле;

2. Указывать класс окислительно-восстановительного процесса;

3. С учетом стандартных значений окислительно-восстановительных потенциалов определять, какая из систем в данном процессе является окислителем, а какая - восстановителем;

4. На основании расчета значения изобарно-изотермического потенциала необходимо делать вывод о направленности окислительно-восстановительного процесса и возможных продуктов реакции.

Фактический материал:

I. Эффективный заряд атома в молекуле как следствие возникновения химической связи между атомами. Понятие электровалентности атома. Степень окисления как эффективный заряд элемента, вычисленный исходя из предположения, что соединение состоит только из ионов. В простых веществах степень окисления всегда равна нулю. Обзор возможных значений степени окисления элементов по электронным семействам атомов. Примеры элементов, проявляющих только свойства: а) восстановителя б) окислителя; в) и окислителя и восстановителя.

II. Мерой окислительно-восстановительной способности любой системы является ее окислительно-восстановительный потенциал (φ, В), стандартное значение которого зависит от природы вещества и приведено в соответствующих таблицах. Чем меньше значение потенциала системы, тем более сильный восстановитель находится в этой системе, чем больше потенциал - тем более сильным окислителем обладает данная система. Привести примеры.

III. Окислительно-восстановительные процессы классифицируются:

а) межмолекулярные; б) внутримолекулярные; г) реакции диспропорционирования. Привести примеры.

IV. Алгоритм составления уравнений окислительно-восстановительных реакций сводится к следующему:

1. Составить схему процесса с указанием исходных и, по возможности, образующихся веществ (а) ; б) ) .

2. Исходя из значений стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, определить, в какой системе а) или б) находится наиболее сильный восстановитель и окислитель ( ). Окислитель - , восстановитель - .

3. Составить схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся реально существующих в условии реакции ионов или молекул, с учетом материального и электронного баланса:

, сложить полуреакций с учетом коэффициентов электронного баланса .

4. Расставить коэффициенты в уравнении реакции .

V. Возможность и направленность протекания окислительно-восстановительного процесса (как любого процесса) определяется знаком изменения изобарно-изотермического потенциала системы. В данном типе процессов энергия системы затрачивается на совершение электрической работы , где: n – суммарное количество электронов, перемещенных от восстановителя на окислитель, F – постоянная Фарадея. Реакция возможна только в том случае, если ΔG<0, а т.к. ΔG= -А, то, зная значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, можно рассчитать возможность самопроизвольного протекания того или иного окислительно-восстановительного процесса .

Выводы по теме:

1. Любой окислительно-восстановительный процесс всегда сопровождается изменением степени окисления элементов, которая у восстановителя повышается, а у окислителя понижается.

2. В любом окислительно-восстановительном процессе всегда соблюдается материальный и электронный баланс.

3. Возможность протекания окислительно-восстановительного процесса и его направленность зависит от разности потенциалов окислителя и восстановителя, процесс всегда протекает в сторону понижения потенциала окислителя.

Вопросы для самопроверки:

1. Указать, какие из следующих реакций являются окислительно-восстановительными:

а) ;