Доклад "Подготовка к ЕГЭ. Окислительно-восстановительные реакции"
консультация по химии (11 класс) на тему

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)  – химические реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления- условный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что все связи в соединении ионные (то есть электронные пары полностью смещены в сторону атомов с большей электроотрицательностью), а соединение- нейтральное.

• Степень окисления атомов элементов простых веществ равна нулю

Mgº, Cl2º, O2º

• Степень окисления водорода в соединениях +1, кроме гидридов

   +1       +1     -1

    HCl, H2O, NaH

• Степень окисления кислорода в соединениях -2, кроме пероксидов и соединений с фтором

    -2          -1      +2

H2O, Н2О2, OF2

• Сумма всех степеней окисления атомов в соединении равна нулю

+1 +6 -2

H2SO4

2(+1)+6+4(-2)=0

• Сумма всех степеней окисления атомов в ионе равна значению заряда иона

+6 -2

SO4

6+4(-2)=-2

   При   составлении    окислительно-восстановительных  реакций    необходимо  определить:

    1) восстановитель,    и  до  какой   степени   окисления    он  окисляется,

       а  также  число   отданных  электронов;

   2)  окислитель, и до какой степени окисления он восстанавливается,   а  также  число   принятых  электронов.

   Важной  составляющей  выполнения  этого  задания  является  определение   среды,  в  которой  протекает  эта  реакция.

   Стехиометрические коэффициенты ОВР подбирают, используя либо метод  электронного  баланса, либо  электронно-ионного  баланса  (метод полуреакций).

Распознавание уравнений ОВР

Запишите значения степеней окисления атомов всех элементов в уравнении реакции

Определите изменяется ли степень окисления атомов элементов.

                    +2  -2   +1  -1     +2   -1 +1   -2

                    PbO + 2HCl → PbCl2 + H2O

Степень окисления не изменяется => реакция не окислительно-восстановительная

              +4  -2     +1  -1     +2   -1    0      +1 -2  

               PbO2 + 2HCl → PbCl2 + Cl2 + 2H2O

Степень окисления изменяется => реакция окислительно-восстановительная

Распознавание окислителя и восстановителя

       +4  -2   +1-2       0          

       SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O

SO2 окислитель  

               4

               3

               2

               1

               0

                -1        Н2S восстановитель

                 -2  

Метод электронного баланса

             +4 -2     +1 -2       0          

               SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O

           +4       0                     +4            0

            S  → S                      S +4 e → S                              1  

          +4 → 0                  взял e – восстановление  

         +4 +(-4)=0

          -2     0                      -2             0

          S  → S                      S – 2 e → S                              2  

        -2 → 0                    отдал e – окисление  

        -2 - (-2)=0

Влияние среды на характер протекания реакции

                                        кислая среда (Н+)   = Mn+2

                                       нейтральная среда (Н2О) = Mn+4 (MnO2)

                                       щелочная среда (ОН-)  = Mn+6 (K2MnO4)

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
FeSO4+KMnO4+…→…+K2SO4+K2MnO4

Степень окисления Mn изменяется от +7 до +6 в щелочной среде!

FeSO4 окисляется в щелочной среде до Fe(OH)3

      FeSO4+KMnO4+3KOH→ Fe(OH)3 +K2SO4+K2MnO4

      FeSO4 – восстановитель, KMnO4 – окислитель

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
Zn+KMnO4+…→…+K2SO4+MnSO4 +Н2О

Степень окисления Mn изменяется от +7 до +2 в кислой среде!

Электронный баланс:

  Mn+7 + 5e- → Mn+2    2

  Zn0 – 2e- → Zn+2        5

5Zn+2KMnO4+8H2SO4→5ZnSO4 +K2SO4+2MnSO4 +8Н2О

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
 K2SO3+KMnO4+…→…+MnO2 +…

Степень окисления Mn изменяется от +7 до +4 в нейтральной среде!

Электронный баланс:

  Mn+7 + 3e- → Mn+4    2

  S+4 – 2e- → S+6          3

3K2SO3+2KMnO4+H2O→3K2SO4+2MnO2 +2KОH

Влияние среды на характер протекания реакции

  Cr+6                                              кислая (Н+)                     Сr3+

(Cr2O72-)                             нейтральная (Н2О)   Cr(OH)3

(CrO42-)                            щелочная (ОН-)    ［Cr(OH)6］3-

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции: H2S+K2Cr2O7+…→…+Cr2(SO4)3+…+H2O

    Соли Cr(III) образуются в кислой среде!

   Электронный баланс:

  2Cr+6 + 6e- →2Cr+3  1

  S-2 – 2e- → S0          3

3H2S+K2Cr2O7+4H2SO4 →3S ↓ +Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O  

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции: H2S+K2CrO4+…→…+Cr(OH)3 ↓ +KOH

Гидроксид хрома(III) образуется в нейтральной среде.

Электронный баланс:

  Cr+6 +3e- →Cr+3      2

  S-2 – 2e- → S0          3

3H2S+2K2CrO4+2H2O →3S↓ +2Cr(OH)3 ↓ +4KOH    

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
K2CrO4+H2O2+…→K3[Cr(OH)6]+O2↑+…

Комплексный анион [Cr(OH)6]3- образуется в щелочной среде.

Электронный баланс:

  Cr+6 +3e- →Cr+3      2

  2O-1 – 2e- → O2          3

2K2CrO4+3H2O2+2KOH+2H2O  →2K3[Cr(OH)6]+3O2↑

Т.к. в правой части уравнения в составе гидроксокомплекса содержится уже 6 атомов водорода, вода переносится в левую часть уравнения.

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение pеакции:
NaCrO2+…+NaOH→…+NaBr +H2O

Соединения хрома(III) при окислении в щелочной среде образуют хроматы (CrO42-). Степень окисления хрома увеличивается от +3 до +6, следовательно NaCrO2 является восстановителем, а окислителем будет служить Br2, степень окисления которого снижается от 0 до -1.

Электронный баланс:

 Cr+3-3e-→ Cr+6  2

 Br2+2e-→2Br-    3

2NaCrO2+3Br2+8NaOH→2 Na2 CrO4+6NaBr +4H2O

ОВР азотной кислоты

4Ca + 10HNO3(конц.) → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O

0                 +2

Ca – 2 e → Ca          

  +5               +1

2N + 8 e → 2N          1

Ca – восстановитель

HNO3 – окислитель

   0         +5                     +2              +4

Cu + 4HNO3(конц.)→Cu(NO3)2 +2NO2 + 2H2O

S0 + 6HNO3(конц) = H2S+6O4 + 6NO2 + 2H2O

B0 + 3HNO3 (конц)= H3B+3O3 + 3NO2

3P0 + 5HNO3 + 2H2O = 5NO + 3H3P+5O4

P0 + 5HNO3 (конц) = 5NO2 + H3P+5O4+H2

+2 -1         +5                    +3                  +6          +4

FeS2 + 18HNO3(конц.)→Fe(NO3)3+2H2SO4+15NO2+7H2O

 +2              +3

Fe – 1 e → Fe              _              

                                   – 15 e           1

  -1                +6

2S – 14 e → 2S                  

 +5         +4

 N +  e → N                            15

FeS2 – восстановитель

HNO3 – окислитель

ОВР с участием органических соединений

Окисление алкенов в нейтральной среде:

    C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O→ CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH

Окисление алкенов в кислой среде:

        CH3CH=CH2 +2KMnO4 +3H2SO4 →CH3COOH +CO2 +2MnSO4 +K2SO4 +4H2O

Окисление алкенов в щелочной среде:

CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 13KOH→ CH3COOK + K2CO3 + 8H2O + 10K2MnO4 

Окисление алкинов

в нейтральной среде:

3CH≡CH +8KMnO4→3KOOC  – COOK +8MnO2 +2КОН +2Н2О

 2C-1 – 8e- → 2C+3       3

  Mn+7 +3e- →Mn+4      8

 в кислой среде:

5CH≡CH +8KMnO4 +12H2SO4 →5HOOC– COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +12Н2О

CH≡CH + 2KMnO4 +3H2SO4 =2CO2 + 2MnSO4 + 4H2O + K2SO4 

Окисление гомологов бензола

Обратите внимание, что только α-углеродные атомы (непосредственно связанные с бензольным кольцом) окисляются до карбоксильных групп, остальные атомы углерода – до углекислого газа.

5C6H5-CH2CH3 + 12KMnO4+18H2SO4→5С6Н5СООН+CO2+12MnSO4 +6K2SO4 +28H2O

   C-2 -5e- →C+3           5

   C-3 -7e- →C+4

   Mn+7 +5e-→Mn+2    12

Окисление стирола

В нейтральной среде:

3C6H5-CH =CH2+2 KMnO4+ H2O→3C6H5-CH(OH) -CH2(OH)+2MnO2+2KOH

В кислой среде:

C6H5-CH=CH2 +2KMnO4+3H2SO4→С6Н5СООН+CO2+2MnSO4 +K2SO4 +H2O

 Окисление спиртов

3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

3СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4→3KOOC  – COOK +8MnO2 +2КОН +8Н2О

 5СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4-+12H2SO4→5HOOC  – COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +22Н2О

Окисление альдегидов

3CH3CH=O + 2KMnO4 = CH3COOH ++ 2CH3COOK + 2MnO2 + H2O
3CH3CH=O + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3COOH + Cr2(SO4)3 + 7H2O
3СН2О + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 = 3CO2 +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

Окисление карбоновых кислот

НСООН + HgCl2 =CO2 + Hg + 2HCl

HCOOH+ Cl2 = CO2 +2HCl

HOOC-COOH+ Cl2 =2CO2 +2HCl

Список источников и литературы:

1. Ахлебинин А.К., Нифантьев Э.Е., Анфилов К.Л. Органическая химия. Решение качественных задач. – М.: Айрис-пресс, 2006

2. Габриелян О.С.  Химия: пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2006

3. Слета Л.А.  Химия: Справочник. – Харьков: Фолио; М.: ООО «Издательство АСТ», 2000

4. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Переходные металлы. – Краснодар: «Советская Кубань», 2006

5.http://www1.ege.edu.ru/

6. http://www.it-n.ru (сообщества «Химоза»  и «Подготовка к ЕГЭ по химии»)

Справочный материал

1. Окислительно-восстановительные уравнения реакций с участием

марганца и его соединений

1. 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4+ K2SO4 +3H2O

2. 2KMnO4 + 3Na2SO3+ H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4+2KOH

3. 2KMnO4 + Na2SO3+2NaOH = K2MnO4+ Na2SO4+Na2MnO4+ H2O

4. 2KMnO4 + 5K2SO3+ 3H2SO4 = 2MnSO4 +6K2SO4 + 3H2O

5. 2KMnO4+3K2SO3+ H2O = 2MnO2 + 3K2SO4+2KOH

6. 2KMnO4 + K2SO3 + 3KOH = 2K2MnO4+ K2SO4+ H2O

7. 2KMnO4+5KNO2+3H2SO4= 2MnSO4+5KNO3+ K2SO4+3H2O

8. 2KMnO4+3KNO2+ H2O = 2MnO2 +3KNO3+2KOH

9. 2KMnO4+KNO2+2KOH = 2K2MnO4+ KNO3+ H2O

10. 2KMnO4 + 10 FeSO4 +8H2SO4= 2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3+ K2SO4+8H2O

11. 2KMnO4+ 5SnSO4+8H2SO4=2MnSO4+ 5Sn(SO4)2+ K2SO4+8H2O

12. 2KMnO4+5H2S+3H2SO4=2MnSO4+5S+ K2SO4+8H2O

13. 2KMnO4+10KI+8H2SO4=2MnSO4+5I2+ 6K2SO4+ 8H2O

14. 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+5O2+ K2SO4+8H2O

15. 2KMnO4+16HCI = 2MnCI2+ 5CI2+2KCI+ 8H2O

16. 2KMnO4+3MnSO4+2H2O=MnO2+K2SO4+2H2SO4

17. 2K2MnO4+CI2=2KMnO4+2KCI

18. 3K2MnO4+ 2H2O=2KMnO4+ MnO2+4KOH

19. MnO2+4HCI=MnCI2+CI2+2H2O

20. MnO2+KNO3+K2CO3= K2MnO4+KNO2+CO2

21. MnO2+HOOC-COOH+ H2SO4=MnSO4+2CO2+2H2O

2. Окислительно-восстановительные уравнения реакций

с участием хрома и его соединений

1. K2Cr2O7+3 KNO2+4H2SO4=Cr2(SO4)3+3KNO3+ K2SO4+4H2O

2. K2Cr2O7+ H2SO4+3SO2= Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O

3.  K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4= Cr2(SO4)3+3S+ K2SO4+7H2O

4. K2Cr2O7+14HCI=2CrCI3+3CI2+2KCI+7H2O

5. K2Cr2O7+6HI+4H2SO4= Cr2(SO4)3+3I2+ K2SO4+7H2O

6. K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4= Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+ K2SO4+7H2O

7. K2Cr2O7 +3SO2+ H2SO4= Cr2(SO4)3+ K2SO4+H2O

8.4K2Cr2O7=2Cr2O3+ 4K2CrO4+3O2

9. K2Cr2O7+3C2H5OH+4H2SO4=3CH3COH+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O

10. K2Cr2O7+3CH3COH+4H2SO4=3CH3COOH + Cr2(SO4)3+K2SO4+4H2O

11. 2K2Cr2O7+3C2H5OH+8H2SO4=3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O

12. (NH4)2Cr2O7=Cr2O3+N2+4H2O

13.2K2CrO4+3 KNO2+2KOH+5H2O=3KNO3+2K3［Cr(OH)6］

14.4CrO3 +C2H5OH=2Cr2O3+2CO2+3H2O

15. 2Cr(OH)3+3Br2+10KOH=2K2Cr2O7+6KBr+4H2O

16.Cr2O3+KCIO3+4KOH=2K2CrO4+KCI+2H2O

17.2NaCrO2+3Br2+8NaOH=2Na2CrO4+6NaBr+4H2O

18.4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2

19.2Cr+3H2O=Cr2O3+3H2

20. 2Cr+ 6H2SO4(конц)= Cr2(SO4)3+3SO2+6H2O

21. Cr+6HNO3(конц.) = Сr(NO3)3+3NO2+3H2O

3. Окислительно-восстановительные уравнения реакций

 с участием азотной кислоты и нитратов

1.Cu+4HNO3(конц)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

2. 3Cu+4 HNO3(разб)=Cu(NO3)2+2NO+4H2O

3.Mg+4HNO3(конц.60%)=Mg(NO3)2+2NO2+2H2O

4. 3Mg+8HNO3(.30%)=  3Mg(NO3)2+2NO+4H2O

5. 4Mg+10HNO3(.20%)=  4Mg(NO3)2+N 2O+5H2O

6. 5Mg+12HNO3(.10%)=  5Mg(NO3)2+N 2+6H2O

7. 4Mg+10HNO3(.8%)=  4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O

8.AI+6HNO3(конц)=AI(NO3)3+3NO2+3H2O

9. AI+4HNO3 =AI(NO3)3+NO+2H2O

10.Fe+6HNO3(конц)=Fe(NO3)3+3NO2+3H2O

11. Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O

12. 8Fe+30HNO3=8Fe(NO3)3+3N 2O+15H2O

13. Au+HNO3+ 3HCI=AuCI3+NO+2H2O

14. 3С+4HNO3=3CO2+4NO+2H2O

15.3Si+4HNO3+12HF=3SiF4+4NO+8H2O

16.S+2HNO3=H2SO4+2NO

17. 3P+5HNO3=H3PO4+5NO

18. P+5HNO3=H3PO4+5NO2+H2O

19. I2+HNO3=2HIO3+10NO2+4H2O

20.4HNO3+3As2O3+7H2O= 6H3AsO3+4NO

21. 2HNO3+6FeSO4+3H2SO4=3Fe2(SO4)3+2NO+4H2O

22. 4HNO3+FeS=Fe(NO3)2+S+2NO2+2H2O

23. 8HNO3(конц)+ZnS=ZnSO4+8NO2+4H2O

24. HNO3+3HCI=CI2+NOCI+2H2O

25. 2HNO3(конц)+6HCI=3СI2+2NO+4H2O

Схема термического разложения нитратов

4. Окислительно-восстановительные уравнения реакций

с участием конц. серной кислоты

1. C+2H2SO4=2SO2+CO2+2H2O

2. 2P+5H2SO4=2H3PO4+5SO2+2H2O

3. S+2H2SO4=3SO2+2H2O

4. Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O

5.3Zn+4H2SO4=3ZnSO4+S+4H2O

6.4Zn+5H2SO4=4ZnSO4+H 2S+4H2O

7. 2Ag+2H2SO4=Ag2SO4+ SO2+2H2O

8.2AI+6H2SO4=AI2(SO4)3+ 3SO2+6H2O

9.2HBr+H2SO4=Br2+ SO2+2H2O

10.8KI+5 H2SO4=4I2+H2S+4K2SO4+4H2O

11. 2KBr+5H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O

12.3H2S+H2SO4=4S+4H2O

13.4Co(OH)3+ 4H2SO4=4CoSO4+10H2O+O2

5.Окислтительно-восстановительные уравнения реакций

 с участием галогенов и их соединений

1. 2FeCI3+2HI=2FeCI2+I2+2HCI
2. 2F2+2H2O=4HF+O2
3. 2FeCI2+CI2=2FeCI3
4. 2Fe+3CI2=2FeCI3
5. H2S+Br2=S+2HBr
6. I2+Na2SO3+H2O=Na2SO4+HI
7. CI2+2KI=I2+2KCI
8. 2HBr+H2SO4=Br2+SO2+2H2O
9. 4HI+O2=2I2+2H2O
10. 2CI2+2Ca(OH)2=Ca(CIO)2+CaCI2+2H2O
11. 2F2+2NaOH=2NaF+OF2+ H2O
12. 5CI2+I2+6H2O=2HIO3+10HCI
13. I2+2HCIO=2HCIO4+CI2
14. 8HI+ H2SO4=4I2+H2S+4H2O
15. 2KI+H2O2=I2+2KOH
16. Br2+H2S=2HBr+S
17. CI2+H2SO3+H2O= H2SO4+2HCI
18. CI2+NaHSO3+H2O=NaHSO4+2HCI
19. CI2+Na2S2O3+H2O=2HCI+S+Na2SO4
20. 3CI2+S+4H2O= H2SO4+6HCI
21. 2CI2+HgO=CI2O+HgCI2
22. 5HBr+HBrO3=Br2+3H2O
23. CI2+ H2O=HCI+HCIO
24. 3I2+6AgNO3+3H2O=AgIO3+6HNO3+5AgI
25. 3F2+3H2O=F2O+4HF+H2O2
26. HCOOH+CI2=CO2+2HCI

6. Окислительно-восстановительные уравнения реакций

с участием органических соединений

1. 3C3H6 + 4H2O + 2KMnO4 →3СН3-СНОН-СН2ОН+2КОН+2MnO2

2. 5C5H10 + 6KMnO4 +9H2SO4 → 5C3H6O+C2H4O2+3K2SO4+6MnSO4+9H2O

3. 3C2H2 +8 KMnO4 →3 K2MnO4+8MnO2+ 2КОН+2H2O

4. 3CH3 - CH =CH - CH3 +2 KMnO4 +4 H2O → 3CH3-CHOH-CHOH-CH3+2MnO2+

+KOH

5.CH3 - CH =CH - CH3 +6 KMnO4 +9H2SO4           10CH3COOH+3K2SO4+6MnSO4+4H2O

6.5СН3-ССН3=СН-СН3+6KMnO4+9H2SO4 → 5CH3COOH+3K2SO4+6MnSO4+9H2O +5(СН3)2С=O

7. 5СН3-С=СН+8KMnO4 +12H2SO4  →  5CH3COOH+4K2SO4+8MnSO4+12H2O +5СО2

    8.5C6H5C2H5 + 12KMnO4 + 18H2SO4 →5С6Н5СООН+5 СО2+6K2SO4+12MnSO4+28H2O

    9.C6H5C2H5 + 4KMnO4 → С6Н5СООК+4MnO2+2KOH+2H2O+K2CO3

KO

   10. 5C6H5CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → С6H5COOH+6K2SO4+6MnSO4+14H2O

   11. 5CH3COH + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5CH3COOH+K2SO4+2MnSO4+3H2O

Mn

   12. 3CH3COH + 2KMnO4 →2CH3COOK+CH3COOH+2MnO2+H2O

   13.CH3COH + KMnO4 + 2KOH → СН3СООК+K2MnO4+H2O

   14.HCOH + 2Ag2O +2 NH3 →(NH4)2CO3+4Ag

  15.5HCOH + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5HCOOH+K2SO4+2MnSO4+3H2O

  16. 5 C6H12O6+24KMnO4+36H2SO4 = 30 CO2+12 K2SO4+24MnSO4+66H2O

  17.(CH3)2C O + Na2Cr2O7 +4 H2SO4 → HCOOH+CH3COOH+H2O+Cr2(SO4)2+Na2SO4

  18.3C4H9OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 →3C3H7COH+ K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O

  19. 3CH3-  CHOH -CH2  -CH3 + K2Cr2O7 +4H2SO4 →

=3CH3-CO-CH2-CH3+K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O

  20. 2C3H8O3 + 14KMnO4 → 6CO2+7K2MnO4+8H2O+7MnO2

   21.5C2H5OH +2 KMnO4 + 3H2SO4 → K2SO4+2MnSO4+5CH3COOH+8H2O