Окислительно-восстановительные реакции (ОВР): примеры

Что такое ОВР? Примеры таких реакций можно обнаружить не только в неорганической, но и в органической химии. В статье мы дадим определения основным терминам, используемым при разборе подобных взаимодействий. Кроме того, мы приведем некоторые ОВР, примеры и решения химических уравнений, которые помогут понять алгоритм действий.

Основные определения

Но вначале давайте вспомним основные определения, которые помогут разобраться в процессе:

• Окислителем называют атом либо ион, способный в процессе взаимодействия принимать электроны. В виде серьезных окислителей выступают минеральные кислоты, перманганат калия.
• Восстановитель - это ион либо атом, который отдает валентные электроны другим элементам.
• Процесс присоединения свободных электронов называют окислением, а отдачи – восстановлением.

Алгоритм действий

Как разобрать уравнения ОВР? Примеры, предлагаемые выпускникам школ, предполагают расстановку коэффициентов путем электронного баланса. Приведем порядок действий:

1. Сначала необходимо поставить у всех элементов значения степеней окисления в простых и сложных веществах, участвующих в предложенном химическом превращении.
2. Далее выбираются те элементы, которые поменяли цифровое значение.
3. Знаками «+» и «-» указывают принятые и отданные электроны, их количество.
4. Далее между ними определяют наименьшее общее кратное, определяют коэффициенты.
5. Полученные цифры ставят в уравнение реакции.

Первый пример

Как выполнить задание, связанное с ОВР? Примеры, предлагаемые на выпускных экзаменах в 9 классе, не подразумевают добавления формул веществ. Ребятам, как правило, необходимо определить коэффициенты и вещества, поменявшие значения валентности.

Рассмотрим те ОВР (реакции), примеры которых предлагаются выпускникам 11-х классов. Школьники должны самостоятельно дополнить уравнение веществами и только после этого путем электронного баланса расставить коэффициенты:

H₂O₂ + H₂SO₄ +KMnO₄ = Mn SO₄ + O₂ + …+…

Для начала расставим в каждом соединении степени окисления. Так, в пероксиде водорода у первого элемента она соответствует +1, у кислорода -1. В серной кислоте следующие показатели: +1, +6, -2 (в сумме получаем нуль). Кислород является простым веществом, поэтому у него нулевой показатель степени окисления.

В перманганате калия, а также в сульфате марганца (2) получаем следующие значения:

K⁺Mn⁺⁷O₄^-2, Mn⁺²S⁺⁶O₄^-2

Расставив значения у элементов, предложенных в задании, необходимо закончить ОВР. Примеры таких взаимодействий аналогичны, поэтому при решении нужно выявить атомы (ионы), которые проявляют окислительные и восстановительные свойства.

Так, в качестве одного из недостающих продуктов реакции будет выступать соль калия, а именно сульфат. Вторым веществом является вода, так как процесс протекает с участием серной кислоты, обладающей гигроскопичными свойствами.

Следующим же этапом будет составление электронного баланса данного процесса:

• 2O ^– отдает 2 электрона =O ₂⁰ 5 (восстановитель);
• Mn⁺⁷принимает 5 электронов = Mn⁺² 2 (окислитель).

В процессе расстановки коэффициентов, обязательно суммируем атомы серы, получаем готовое уравнение процесса:

5H₂O₂ + 3H₂SO₄ +2KMnO₄ = 2Mn SO₄ + 5O₂ + 8H₂O + K₂SO₄

Сложные моменты

Какие сложности возникают у школьников при разборе ОВР? Примеры, предлагаемые в выпускных тестах по химии, ребята должны закончить самостоятельно, что и вызывает у них затруднения.

Допустим, предложена схема: FeCl₂+HCl +K₂Cr₂O₇ = FeCl₃+ CrCl₃ + …+…

Необходимо дополнить недостающие вещества и расставить в уравнении необходимые стереохимические коэффициенты. В предложенном задании степень окисления меняет железо: с +2 на +3, следовательно, проявляет восстановительные свойства. Бихромат калия выступает в качестве окислителя, понижая значение степени окисления с +6 до +3.

В качестве недостающих продуктов реакции будут выступать вода, а также хлорид калия. Они не принимают участия в электронном балансе, так как у элементов, входящих в их состав, не наблюдается изменения их числового значения. Электронный баланс для данного процесса будет иметь следующий вид:

• Fe⁺² отдает 1 электрон = Fe⁺³ 6 (восстановитель);
• 2Cr⁺⁶ принимает 6 e = 2Cr ⁺³ 1 (окислитель).

При расстановке коэффициентов в данную схему, суммируем атомы хлора:

6 FeCl₂+14HCl +K₂Cr₂O₇ = 6 FeCl₃+ 2CrCl₃+ 2KCl + 7H₂O

Еще один пример взаимодействия

Продолжим разговор о том, как правильно разобрать ОВР. Химия (примеры таких реакций в ней являются обычными) не только объясняет алгоритм действий, но и характеризует суть происходящих процессов. Рассмотрим еще один пример взаимодействия, сопровождающегося образованием новых химических веществ:

KMnO₄+ H₂SO₄ +KI= MnSO₄ +I₂+…+…

В данном примере есть два элемента, которые меняют степени окисления: йод и марганец. Выясним, какие вещества будут образовываться в качестве продуктов данной химической реакции.

Так как в процессе принимает участие серная кислота, одним из образующихся веществ будет вода. В правой части нет соединения у калия, поэтому вторым продуктом станет сульфат этого щелочного металла.

Электронный баланс для данного взаимодействия имеет следующий вид:

• Mn⁺⁷ принимает 5 e = Mn⁺² 2, является окислителем;
• 2I^- отдает 2e = I₂⁰ 5, выступает в качестве восстановителя.

На завершающем этапе данного задания расставим коэффициенты в готовой схеме и получим:

2KMnO₄+ 8H₂SO₄+ 10KI= 2MnSO₄+ 5I₂+ 6K₂SO₄+ 8H₂O .

Заключение

Данные процессы нашли серьезное применение в химическом анализе. С их помощью можно открывать и разделять различные ионы, проводить метод оксидиметрии.

Разнообразные физические и химические методы анализа основываются на ОВР. Теория кислотного и основного взаимодействия поясняет кинетику протекающих процессов, позволяет проводить по уравнениям количественные вычисления.

Для того чтобы школьники, выбравшие химию для сдачи на выпускном экзамене, успешно прошли эти испытания, необходимо отработать алгоритм уравнивания ОВР на основе электронного баланса. Учителя отрабатывают со своими воспитанники методику расстановки коэффициентов, используя при этом разнообразные примеры из неорганической и органической химии.

Задания, связанные с определением степеней окисления у химических элементов в простых и сложных веществах, а также с составлением баланса между принятыми и отданными электронами, являются обязательным элементом экзаменационных тестов на основной, общей ступени обучения. Только в случае успешного выполнения таких заданий, можно вести речь о результативном освоении школьного курса неорганической химии, а также рассчитывать на получение высокой оценки на ОГЭ, ЕГЭ.