Разработка урока на тему "Окислительно-восстановительные реакции"

Тема урока:  Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР).

Цель урока:

Обучающая:

•                Рассмотреть сущность окислительно-восстановительных процессов, научить применять «степени окисления» для определения процессов окисления и восстановления.

•                научить учащихся уравнивать  окислительно-восстановительные реакции методом электронного баланса.

Развивающая:

•         делать выводы, работать с алгоритмами, формировать интерес к предмету.

Воспитательная :

•         Формировать научное мировоззрение учащихся; совершенствовать трудовые навыки.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Оборудование : периодическая система Д.И. Менделеева , учебники, опорный конспект

Ход урока

Кто-то теряет, а кто-то находит…

1.     Организационный момент.

2.     Актуализация опорных знаний

1. «Кто-то теряет, а кто-то находит…».

Преподаватель  говорит: «Запомните эти слова. В конце урока мы вернемся к ним». А сейчас – ваши версии. Что это означает. Учащиеся высказывают свои предположения.

2. Давайте вспомним классификацию химических реакций, которая вам известна.

Какие типы химических реакций вам известны:

•         По числу и составу реагентов и продуктов,

•         По тепловому эффекту,

•         По направлению,

•         Участию катализатора.

Есть еще одна классификация, основанная на изменении или сохранении степеней окисления атомов химических элементов, образующих реагенты и продукты реакции. По этому признаку различают реакции

Химические реакции

 

Реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, образующихся  вещества, участвующих в реакции (ОВР) 3.     Изучение нового материала

реакции, протекающие                                            без изменения степени окисления

1.     Степень окисления

Давайте вспомним Что называется степенью окисления (с.о.) и как она рассчитывается по формулам соединений?

Степенью  окисления называется условный заряд атомов в химическом соединении, вычисленный  исходя из предположения, что это соединение состоит из простых ионов.

 Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе – заряду иона.

Для того, чтобы рассчитать степень окисления, нужно воспользоваться несложными правилами:

1.     Степень окисления кислорода почти всегда равна  -2.

2.     Степень окисления водорода почти всегда равна +1.

3.     Степень окисления металлов всегда положительна и в максимальном значении почти всегда равна номеру группы.

4.     Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён:

если с атомом металла, то степень окисления отрицательная;

    если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов.

5.     Степень окисления свободных атомов и атомов в простых веществах всегда равна 0.

6.     Суммарная степень окисления атомов всех элементов в соединении равна 0.

Какая будет степень окисления серы и фосфора

 В молекулах алгебраическая сумма степеней окисления элементов с учётом числа их атомов равна 0.

H₂⁺¹S^xO₄^-2                                                           

(+1) ^. 2 +X + (-2) ^. 4 = 0

X = +6

H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

H₃⁺¹P^xO₄^-2

(+1)*3+(х)*1+(-2)*4=0

Х=5 или (+5), следовательно, у фосфора CО  +5, т.е.   P⁺⁵

2.     Окислительно–восстановительные реакции

К ОВР относятся все реакции замещения, а также те  реакции соедине­ния и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

 Химические реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов в молекулах реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

Почему эти реакции так называются?

Рассмотрим примеры таких химических реакций.

H₂SO4 + Mg =MgSO₄+H₂

Обозначим степень окисления всех элементов в формулах веществ – реагентов и продуктов этой реакции:

Как видно из  уравнения реакции, атомы двух элементов магния и водорода, изменили свои степени окисления.

Что с ними произошло?

Магний из нейтрального атома превратился в условный ион в степени окисления +2, то есть отдал 2е:

 Mg ⁰ – 2е       Mg ⁺²

Условный ион Н в степени окисления +1 превратился в нейтральный атом, то есть каждый атом водорода получил по одному электрону.

2Н⁺¹ +2е        Н₂

- Процесс отдачи электронов атомом, называется окислением.

- Атом, отдающий электроны и повышающий свою степень окисления, окисляется и называется восстановителем.

- Процесс принятия электронов атомом, называется восстановлением.

- Атом, принимающий электроны и понижающий свою степень окисления, восстанавливается и называется окислителем.

Эти процессы неразрывно связаны между собой

Кто-то теряет, а кто-то находит…

  Окислительно-восстановительные реакции играют огромную роль в природе и технике. Без этих реакций невозможна жизнь, потому что дыхание, обмен веществ, синтез растениями клетчатки из углекислого газа и воды – все это окислительно-восстановительные процессы.

В технике с помощью реакций этого типа получают такие важные вещества как аммиак (NH₃), серную (H₂SO₄)и соляную (HCl) кислоты и многие другие продукты. Вся металлургия основана на восстановлении металлов из их соединений – руд. Большинство химических реакций – окислительно-восстановительные.

.

3. Метод электронного баланса как способ составления уравнений ОВР

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций обычно используют метод электронного баланса.

. В основе метода электронного баланса лежит правило: общее число электронов, которые отдаёт восстановитель, всегда равно общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.

Метод электронного баланса основан на определении общего числа электронов, перемещавшихся от восстановителя к окислителю.  качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.

1.     Сначала необходимо составить схему реакции: записать вещества в начале и конце реакции, учитывая, что в кислой среде MnO₄^— восстанавливается до Mn²⁺:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

2.     Далее определим какие из соединений являются окислителем и восстановителем; найдем их степень окисления в начале и конце реакции:

Na₂S⁺⁴O₃ + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ = Na₂S⁺⁶O₄ + Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6, таким образом, S⁺⁴ отдает 2 электрона и является восстановителем. Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn⁺⁷ принимает 5 электронов и является окислителем.

3.     Составим электронные уравнения и найдем коэффициенты при окислителе и восстановителе.

S⁺⁴ – 2e^— = S⁺⁶           ¦ 5  восстановитель, процесс окисления

Mn⁺⁷ +5e^— = Mn⁺²     ¦ 2  окислитель, процесс восстановления

Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:

• Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
• Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.

Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn⁺⁷, ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S⁺⁴ коэффициентом перед окислителем:

5Na₂S⁺⁴O₄ + 2KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ = 5Na₂S⁺⁶O₄ + 2Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

4.     Далее надо уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления.  В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.

Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.

По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.

Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:

5Na₂SO₄ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5Na₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

5.     Находим  коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты

Окончательный вид уравнения следующий:

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

Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно, является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.

После объяснения учащиеся под руководством преподавателя  составляют уравнения ОВР последующему алгоритму  

Алгоритм  составления уравнений ОВР и электронного баланса к ним

1. Записать схему реакции.       

2. Определить, атомы каких элементов  изменяют степень окисления.

3. Составить электронные уравнения процессов окисления и восстановления.

4. Подобрать общее делимое для отданных и принятых электронов и коэффициенты для электронных уравнений.

5. Перенести эти коэффициенты в уравнение ОВР и подобрать коэффициенты перед формулами других веществ.

(алгоритм находятся у каждого ученика на парте).

Диктуется реакция, один учащийся самостоятельно составляет схему реакции у доски:

H2 + O2 → H2O

Определим, атомы каких элементов изменяют степень окисления.

( H2° + O2° → H2 O₂).

Составим электронные уравнения процессов окисления и восстановления.

(H2° -2e → 2H⁺ – процесс окисления,

O2°  +4e → 2O^-²  - процесс восстановления,

Н2 – восстановитель, О2  - окислитель)

Подберём общее делимое для отданных и принятых е и коэффициенты для электронных уравнений.

(∙2| Н2°-2е → 2Н⁺  - процесс окисления, элемент – восстановитель;

 ∙1| O2°  +4e → 2O^-²  - процесс восстановления, элемент – окислитель).

Перенесём эти коэффициенты в уравнение ОВР и подберём коэффициенты перед формулами других веществ.

2H2 + O2 → 2H2O.

Схема

Степени окисления атомов и процессы окисления-восстановления

- отдача электронов, окисление

 

                               -4  -3  -2   -1   0   +1  +2 +3 +4 +5 +6  +7
                                       -  присоединение электронов, восстановление

3.Закрепоение нового материала

Упражнения для закрепления материала

1.                 Определите степени окисления атомов в формулах веществ:

Br₂, CaO , SiO₂, H₂CO₃ , CuO , Cu₂O , Н₂, KNO₃ , FeO , Fe , Fe₂O_3, Fe(OH)_2,Fe₂(SO₄)_3, N₂, HClO₄

2.                 Продолжите предложение

1.     Процесс отдачи электронов – это … (процесс окисления).

2.     Атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны, - это…  (окислители).

3.     Процесс принятия электронов – это … (процесс восстановления).

4.     Алюминий в реакции

3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2↑

является …  (восстановителем).

5.     Хлор в реакции

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

является…  (окислителем).

3. Игра «Найди пару»

Даны химические реакции: на одной половине – исходные вещества, а на другой – продукты реакции. Необходимо найти правильную половинку для каждой из предложенных реакций, затем определить, к какому типу эта реакция относится. Если ОВР, то необходимо расставить коэффициенты в реакциях методом электронного баланса. (Работа в парах).

1	KOH + HCl	?	1	H2SO3
2	CaCO3		2	KCl + H2O
3	Н2 + О2		3	Al 2O 3
4	Al + O2		4	CaO+ CO2
5	SO2+H2O		5	H2O

4.     Подведение  итогов урока

 Делаем вывод: «В чем же заключается суть ОВР?»

Окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов: окисления и восстановления. В этих реакциях число электронов, отдаваемых восстановителями, равно числу электронов, присоединяемых окислителями.

5.     Домашнее задание.

Выучить конспект и составить ОВР и определить окислитель и восстановитель

Опорный конспект

Тема урока:  Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР).

Степенью  окисления называется условный заряд атомов в химическом соединении, вычисленный  исходя из предположения, что это соединение состоит из простых ионов.

Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе – заряду иона.

Для того, чтобы рассчитать степень окисления, нужно воспользоваться несложными правилами:

1.     Степень окисления кислорода почти всегда равна  -2.

2.     Степень окисления водорода почти всегда равна +1.

3.     Степень окисления металлов всегда положительна и в максимальном значении почти всегда равна номеру группы.

4.     Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён:

если с атомом металла, то степень окисления отрицательная;

    если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов.

5.     Степень окисления свободных атомов и атомов в простых веществах всегда равна 0.

6.     Суммарная степень окисления атомов всех элементов в соединении равна 0.

Химические реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов в молекулах реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

- Процесс отдачи электронов атомом, называется окислением.

- Атом, отдающий электроны и повышающий свою степень окисления, окисляется и называется восстановителем.

- Процесс принятия электронов атомом, называется восстановлением.

- Атом, принимающий электроны и понижающий свою степень окисления, восстанавливается и называется окислителем

Алгоритм  составления уравнений ОВР и электронного баланса к ним

1. Записать схему реакции.     

2. Определить, атомы каких элементов  изменяют степень окисления.

3. Составить электронные уравнения процессов окисления и восстановления.

4. Подобрать общее делимое для отданных и принятых электронов и коэффициенты для электронных уравнений.

5. Перенести эти коэффициенты в уравнение ОВР и подобрать коэффициенты перед формулами других веществ

Схема

Степени окисления атомов и процессы окисления-восстановления

- отдача электронов, окисление

 

                               -4  -3  -2   -1   0   +1  +2 +3 +4 +5 +6  +7
                                       -  присоединение электронов, восстановление