Хімія. 9 клас. Попель

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 14. Окисно-відновні реакції

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • з'ясувати, яку реакцію називають окисно-відновною;
  • розрізняти процеси окиснення й відновлення, окисники та відновники;
  • зрозуміти значення окисно-відновних реакцій.

Окисно-відновні реакції. Порівняємо два хімічних перетворення:

Mg(OH)2 = MgO + H2O; (1)

2Mg + O2 = 2MgO. (2)

З огляду на кількість реагентів і продуктів у кожній реакції доходимо висновку: реакція (1) є реакцією розкладу, а реакція (2) — реакцією сполучення.

Ці реакції різняться й за іншою ознакою. Звернемо увагу на ступені окиснення елементів у реагентах і продуктах.

• Що називають ступенем окиснення елемента? Визначте ступені окиснення елементів у речовинах, формули яких записано в хімічних рівняннях (1) і (2).

Указавши ступені окиснення елементів над формулами реагентів і продуктів, виявляємо, що вони змінюються лише при утворенні оксиду із простих речовин:

Реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, називають окисно-відновними реакціями.

Процеси окиснення і відновлення. З'ясуємо походження терміна «окисно-відновна реакція». Раніше, характеризуючи реакції за участю кисню, ми стверджували, що речовина, яка взаємодіє з киснем, зазнає окиснення. У реакції (2) такою речовиною є магній. Кожний атом металу втрачає 2 електрони і перетворюється на катіон:

Mg - 2e- = Mg2+.

Ступінь окиснення елемента Магнію підвищується від 0 до +2; він окиснюється.

Із магнієм взаємодіє кисень. Кожний атом Оксигену молекули О2 приєднує 2 електрони й перетворюється на аніон:

О + 2е- = О2-.

Ступінь окиснення Оксигену знижується від 0 до -2; цей елемент відновлюється.

Окиснення — процес втрачання електронів частинкою речовини, а відновлення — процес приєднання нею електронів.

Процеси окиснення й відновлення завжди супроводжують один одного. Електрони не виникають із нічого й не накопичуються в пробірці. Скільки електронів втрачають одні частинки, стільки їх приєднують інші. Переконаємось у цьому на прикладі реакції

2Mg + O2 = 2MgO.

Два атоми Магнію втрачають 4 електрони

2Mg - 4e- = 2Mg2+,

а два атоми Оксигену, які містяться в молекулі О2, приєднують 4 електрони:

О2 + 4е- = 2О2-.

Теорію окисно-відновних реакцій, яку було названо електронно-йонною теорією, запропонував у 1914 р. вітчизняний учений Л. В. Писаржевський.

Окисники та відновники. Для речовин, які беруть участь в окисно-відновній реакції, використовують терміни «окисник» і «відновник». Запам'ятайте: окисник отримує електрони й відновлюється (ним у реакції 2Mg + O2 = 2MgO є кисень), а відновник втрачає електрони й окиснюється (це — магній).

Окисниками та відновниками можуть бути як прості речовини, так і складні. Деякі речовини здатні виступати лише окисниками (наприклад, фтор), інші — лише відновниками (наприклад, метали). Більшість неметалів, а також сполуки елементів у проміжних ступенях окиснення в одних реакціях є окисниками, а в інших — відновниками.

• Назвіть окисник і відновник у реакції

На підставі викладеного матеріалу робимо висновок: якщо в реакції бере участь або утворюється проста речовина, то така реакція є окисно-відновною. Справді, ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю, а в сполуці є додатним або від'ємним числом.

У клітинках таблиці розчинності, які відповідають солям FeI3 і CuI2, бачимо риски. Вони свідчать про те, що цих сполук не існує. Йони Fe3+ і Cu2+ вступають в окисно-відновні реакції з йонами I- (мал. 31). Відповідні йонно-молекулярні рівняння:

2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2;

2Cu2+ + 4I- = 2CuI↓ + I2.

Катіони металічних елементів є окисниками, а аніон Йоду — відновником.

Мал. 31. Реакція купрум(ІІ) сульфату з калій йодидом у розчині

Лев Володимирович Писаржевський

(1874—1938)

Український хімік, академік АН СРСР та АН УРСР. Розробив теорію окисно-відновних реакцій, в основі якої — уявлення про перехід електронів від одних частинок до інших (1914). Заклав основи електронної теорії каталізу. Професор Київського політехнічного інституту (1908—1911), катеринославських (нині — дніпровські) вищих навчальних закладів — гірничого інституту й університету. З 1927 р. — директор створеного за його ініціативою Українського інституту фізичної хімії (тепер — Інститут фізичної хімії НАН України ім. Л. В. Писаржевського).

Значення окисно-відновних реакцій. Окисно-відновні реакції постійно відбуваються в природі. Вони становлять основу таких найважливіших процесів, як дихання і фотосинтез. У цих процесах одним з елементів, які змінюють ступінь окиснення, є Оксиген. Під час дихання його атоми (з них складаються молекули кисню) відновлюються, а при фотосинтезі (вони містяться в молекулах оксигеновмісних сполук) — окиснюються:

Окисно-відновні реакції використовують у багатьох галузях промисловості. Здійснюючи хімічні перетворення цього типу, з руд добувають метали. На теплоелектростанціях спалюють різні види палива, у двигунах автомобілів згоряють бензин, дизельне пальне, природний газ.

Деякі окисно-відновні реакції відіграють негативну роль. Вони спричинюють пожежі, ржавіння заліза (мал. 32), псування харчових продуктів тощо.

Мал. 32. Корпус судна, вкритий іржею

ВИСНОВКИ

Реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, називають окисно-відновними. Окиснення — процес втрачання електронів частинками речовини, а відновлення — процес приєднання електронів.

Речовину, яка окиснюється, називають відновником, а речовину, яка відновлюється, — окисником. Окисник отримує стільки електронів, скільки їх втрачає відновник.

Окисно-відновні реакції відбуваються в природі; їх використовують у промисловості, теплоенергетиці, транспортних засобах.

  • 105. Які реакції називають окисно-відновними?
  • 106. Дайте означення термінам «окиснення», «відновлення», «окисник», «відновник». Використовуючи ці терміни, прокоментуйте реакцію натрію з хлором.
  • 107. Чому реакції, за допомогою яких із металічних руд добувають метали, є окисно-відновними?
  • 108. Виберіть серед наведених схем ті, які відповідають окисно-відновним реакціям, і поясніть свій вибір:

  • 109. Запишіть у порожні клітинки таблиці по одному хімічному рівнянню (не використовуйте наведених у параграфі та попередній вправі):

Тип реакції

Ступені окиснення елементів

змінюються

не змінюються

Реакція сполучення

Реакція розкладу

  • 110. Укажіть речовину-окисник і речовину-відновник у кожній реакції:

  • 111. Знайдіть відповідність і зазначте, в якій речовині Хлор може бути в хімічних реакціях лише окисником, а в якій речовині — лише відновником:

Формула речовини

1) Cl2O;

2) FeCl2;

3) HClO4;

4) Cl2;

Ступінь окиснення Хлору

а) 0;

б) +2;

в) +1;

г) -1;

ґ) +7.

  • 112. Які частинки — атом K, йон S2-, атом С, йон Са2+, йон Fe2+, атом Fe, атом F — можуть бути в хімічних реакціях:

а) лише окисниками;

б) лише відновниками;

в) і окисниками, і відновниками?

Відповіді обґрунтуйте.

  • 113. Складіть послідовність простих речовин за зростанням їх хімічної активності як окисників (запишіть літери у відповідному порядку):

а) сірка;

б) фтор;

в) фосфор;

г) хлор.

  • 114. Напишіть замість крапок, скільки електронів приєднують або втрачають йони, і вкажіть процеси окиснення та відновлення:

а) 2H+ ... → H2;

в) Fe2+ ... → Fe3+;

б) 2F- ... → F2;

г) MnO-4 ... → MnO2-4.

  • 115. Скільки електронів приєднує чи втрачає атом Сульфуру під час таких перетворень:

а) сульфат-іон → сульфіт-іон;

б) молекула сульфатної кислоти → молекула сірководню;

в) молекула сульфур(ІV) оксиду → сульфат-іон?

  • 116. Який об'єм водню (н. у.) можна добути за реакцією 10 г літію з достатньою кількістю води?
ГДЗ до підручника можна знайти тут.