Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 16. 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 хімічні перетворення:

Mg(OH)₂= MgO + Н₂О; (1)

2Mg + О₂ = 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 відрізняються й за іншою ознакою. Звернемо увагу на ступені окиснення хімічних елементів у реагентах і продуктах.

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

Указавши ступені окиснення елементів над їхніми символами у формулах реагентів і продуктів, виявимо, що вони змінюються лише в разі утворення оксиду із простих речовин:

Таку особливість мають майже всі реакції між простими речовинами, а також багато хімічних перетворень за участю складних 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 металічного елемента втрачає 2 електрони і перетворюється на катіон:

Mg - 2е^- = 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^- = О^2-.

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. Переконаємося в цьому на прикладі реакції

2Mg + О₂ = 2MgO.

Два атоми Магнію втрачають 4 електрони

2Mg - 2 • 2e^- = 2Mg²⁺,

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

О₂ + 2 • 2е^- = 2О^2-.

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

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. Організував Науково-дослідний хімічний інститут (м. Тбілісі). Із 1927 р. — директор створеного за його ініціативою Українського інституту фізичної хімії (тепер — Інститут фізичної хімії НАН України ім. Л. В. Писаржевського).

Дізнатися більше про вченого ви можете за покликанням у QR-коді.

https://uk.wikipedia.org/wiki/Писаржевський_Лев_Володимирович

Окисники і відновники. Щодо речовин, які беруть участь в окисно-відновній реакції, використовують терміни «окисник» і «відновник». Запам’ятайте: окисник отримує електрони й відновлюється (ним у реакції 2Mg + О₂ = 2MgO є кисень), а відновник втрачає електрони й окиснюється (це — магній).

Окисниками та відновниками можуть бути як прості речовини, так і складні. Деякі речовини виконують роль лише окисника (наприклад, фтор), інші — лише відновника (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 СuО + Н₂ =^t Сu + Н₂О.

Отже, 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 Сu²⁺ беруть участь в окисно-відновних реакціях із Йонами I- (мал. 31). Відповідні йонно-молекулярні рівняння:

2Fe³⁺ + 2I^- = 2Fe²⁺ + I₂;

2Сu²⁺ + 4I^- = 2CuI↓ + I₂.

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

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

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

Окисно-відновні реакції використовують у багатьох галузях промисловості. Хімічні перетворення цього типу відбуваються в процесах добування металів із руд, спалювання різних видів палива на теплоелектростанціях, згоряння у двигунах автомобілів бензину, дизельного пального, природного газу.

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, що відновлюється, — окисником. Окисник отримує стільки електронів, скільки їх втрачає відновник.

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

116. Які реакції називають окисно-відновними?

117. Поясніть суть термінів «окиснення», «відновлення», «окисник», «відновник». Використовуючи ці терміни, прокоментуйте реакцію натрію з хлором.

118. Чому реакції, здійсненням яких із металічних руд добувають метали, є окисно-відновними?

119. Які з наведених схем відповідають окисно-відновним реакціям:

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

Тип реакції	Ступені окиснення елементів
Тип реакції	змінюються	не змінюються
Реакція сполучення
Реакція розкладу

121. Укажіть речовину-окисник і речовину-відновник у кожній реакції:

122. Знайдіть відповідність між речовиною і ступенем окиснення Хлору в ній, а також зазначте, в якій речовині цей елемент може бути в хімічних реакціях лише окисником, а в якій — лише відновником:

Формула речовини