Урок
по теме:
Окислительно-восстановительные
реакции.
11
класс
Габриелян
Цель урока:
Обобщить, систематизировать и расширить знания учащихся об
окислительно-восстановительных реакциях, важнейших окислителях и продуктах их
восстановления.
Задачи:
- Закрепить умение
определять степени окисления элементов, окислитель и восстановитель,
расставлять коэффициенты методом электронного баланса.
- Совершенствовать
умение определять окислительно-восстановительные свойства веществ,
прогнозировать продукты реакций в зависимости от активности металлов,
концентрации кислот и реакции среды раствора.
- Выработать
умение составлять уравнения химических реакций, протекающих в различных
средах на примере соединений марганца.
- Показать
разнообразие и значение ОВР в природе и повседневной жизни.
- Продолжить
подготовку к ЕГЭ по химии.
Ход
урока
1. Организационный
момент
Добрый день!
Тема нашего урока:
«Окислительно – восстановительные реакции» (Презентация. слайд 1)
Какие
по типу химические реакции вы знаете? (соединения, разложения, замещения,
обмена, экзо и эндотермические, обратимые и необратимые,
окислительно-восстановительные каталитические)
Окислительно-восстановительные
реакции принадлежат к числу наиболее распространенных химических реакций и
имеют огромное значение в теории и практике. Важнейшие процессы на планете
связаны с этим типом химических реакций. Человечество давно пользовалось ОВР,
вначале не понимая их сущности. Лишь к началу XX века была создана электронная
теория окислительно – восстановительных процессов. На уроке предстоит вспомнить
основные положения этой теории, метод электронного баланса, научиться
составлять уравнения химических реакций, протекающих в растворах, и выяснить от
чего зависит механизм таких реакций.
2. Повторение и
обощение изученного ранее материала
Для вас тема ОВР
не нова, она проходит красной нитью через весь курс химии. Поэтому предлагаю
повторить некоторые понятия и умения по данной теме.
Первый вопрос:
«Что такое степень окисления?». Без этого понятия и умения расставлять степени
окисления химических элементов не возможно рассмотрение данной темы.
Предполагаемы
ответы учащихся /Степень окисления
– это условный заряд атома химического элемента в соединении, вычисленный на
основе предположения, что все соединения состоят только из ионов. Степень
окисления может быть положительной, отрицательной или равняться нулю, что
зависит от природы соответствующих соединений./
Одни элементы
имеют постоянные степени окисления, другие — переменные.
Например, к
элементам с постоянной положительной степенью окисления относят щелочные
металлы: Li+1, Na+1, K+1, Rb+1, Cs+1,
Fr+1, следующие элементы II группы периодической системы: Ве+2,
Mg+2, Ca+2, Sr+2, Ва+2, Ra+2,
Zn+2, а также элемент III А группы - А1+3 и некоторые
другие. Металлы в соединениях всегда имеют положительную степень окисления.
Из неметаллов
постоянную отрицательную степень окисления (-1) имеет F.
В простых
веществах, образованных атомами металлов или неметаллов, степени окисления
элементов равны нулю, например: Na°, Al°, Fe°, Н20, О20,
F20, Cl20, Br20.
Для водорода
характерны степени окисления: +1 (Н20), -1 (NaH).
Для кислорода
характерны степени окисления: -2 (Н20), -1 (Н2О2),
+2 (OF2).
Следует помнить,
что в целом молекула электронейтральна, поэтому в любой молекуле алгебраическая
сумма степеней окисления равна нулю, а в сложном ионе – заряду иона.
Например,
рассчитаем степень окисления хрома в дихромате калия K2Cr2O7.
- Степень
окисления калия +1, кислорода -2.
- Подсчитаем
число отрицательных зарядов: 7 • (-2) = -14
- Число
положительных зарядов должно быть + 14. На калий приходится два
положительных заряда, следовательно, на хром – 12.
- Так как в
формуле два атома хрома, 12 делим на два: 12 : 2 = 6.
- + 6 – это
степень окисления хрома.
Проверка:
алгебраическая сумма положительных и отрицательных степеней окисления элементов
равна нулю, молекула электронейтральна.
Самостоятельная
работа № 1 по инструктивной карте: пользуясь приведенными сведениями,
рассчитайте степени окисления элементов в соединениях: MnO2, H2SO4,
K2SO3, H2S, KMnO4.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА СТЕПЕНЬ
ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА
А)
|
HNO3
|
Б)
|
NH3
|
В)
|
KNO2
|
Г)
|
NO
|
1.
– 3
2.
– 2
3.
+2
4.
+ 3
5.
+4
6.
+5
Ответы: 6143
Что же
представляют собой окислительно – восстановительные реакции с точки зрения
понятия «степень окисления химических элементов»? (слайд 2)
Предполагаемы
ответы учащихся / Окислительно –
восстановительные реакции – это такие реакции, в которых одновременно
протекают процессы окисления и восстановления и, как правило, изменяются
степени окисления элементов./
¯ Выберите из уравнений реакций
только окислительно-восстановительные:
1. Br2 + KI → I2 + KBr
2. SO3 + 2NaOН = Na2SO4 + Н2О
3.
H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2
4.
СuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2
+ Na2SO4
Ответ:1,3
Рассмотрим процесс
на примере взаимодействия цинка с разбавленной серной кислотой:
При составлении
этого уравнения используется метод электронного баланса. Метод основан на
сравнении степеней окисления атомов в исходных веществах и продуктах реакции.
Основное требование при составлении уравнений этим методом: число отданных
электронов должно быть равно числу принятых электронов.
- Окислительно
- восстановительные реакции – это такие реакции, при которых происходит
переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим.
- Окисление –
это процесс отдачи электронов, степень окисления при этом повышается.
- Восстановление
– это процесс присоединения электронов, степень окисления при этом
понижается.
- Атомы,
молекулы или ионы, отдающие электроны, окисляются; являются
восстановителями.
Атомы, ионы или молекулы, принимающие электроны, восстанавливаются;
являются окислителями.
- Окисление
всегда сопровождается восстановлением, восстановление связано с
окислением.
- Окислительно
– восстановительные реакции – единство двух противоположных процессов:
окисления и восстановления.
Самостоятельная
работа № 2 по инструктивной карте: методом электронного баланса найдите и
поставьте коэффициенты в следующей схеме окислительно –восстановительной
реакции:
MnO2 + H2SO4
→ MnSO4 + O2 + H2O (2MnO2 + 2H2SO4
→ 2MnSO4 + O2 +2H2O)
Однако научиться
находить коэффициенты в ОВР еще не значит уметь их составлять. Нужно знать
поведение веществ в ОВР, предусматривать ход реакций, определять состав
образующихся продуктов в зависимости от условий реакции.
Для того чтобы
разобраться, в каких случаях элементы ведут себя как окислители, а в каких –
как восстановители, нужно обратиться к периодической системе Д.И.Менделеева.
Если речь идет о простых веществах, то восстановительные свойства должны быть
присущи тем элементам, которые имеют больший по сравнению с остальными атомный
радиус и небольшое (1 - 3) число электронов на внешнем энергетическом уровне.
Поэтому они могут сравнительно легко их отдавать. Это в основном металлы.
Наиболее сильными восстановительными свойствами из них обладают щелочные и
щелочноземельные металлы, расположенные в главных подгруппах I и II групп
(например, натрий, калий, кальций и др.).
Наиболее типичные
неметаллы, имеющие близкую к завершению структуру внешнего электронного слоя и
значительно меньший по сравнению с металлами того же периода атомный радиус,
довольно легко принимают электроны и ведут себя в
окислительно-восстановительных реакциях как окислители. Наиболее сильными
окислителями являются легкие элементы главных подгрупп VI – VII групп, например
фтор, хлор, бром, кислород, сера и др.
Вместе с тем надо
помнить, что деление простых веществ на окислители и восстановители так же
относительно, как и деление на металлы и неметаллы. Если неметаллы попадают в
среду, где присутствует более сильный окислитель, то они могут проявлять восстановительные
свойства. Элементы в разных степенях окисления могут вести себя по-разному.
Если элемент имеет
свою высшую степень окисления, то он может быть только окислителем. Например, в
HN+5O3 азот в состоянии + 5 может быть только окислителем
и принимать электроны.
Только
восстановителем может быть элемент, находящийся в низшей степени окисления.
Например, в N-3Н3 азот в состоянии -3 может отдавать
электроны, т.е. является восстановителем.
Элементы в
промежуточных положительных степенях окисления могут, как отдавать, так и
принимать электроны и, следовательно, способны вести себя как окислители или
восстановители в зависимости от условий. Например, N+3, S+4
. Попадая в среду с сильным окислителем, ведут себя как восстановители. И,
наоборот, в восстановительной среде они ведут себя как окислители.
По окислительно –
восстановительным свойствам вещества можно разделить на три группы:
- окислители
- восстановители
- окислители -
восстановители
Самостоятельная
работа № 3 по инструктивной карте: в какой из приведенных схем уравнений
реакций MnO2 проявляет свойства окислителя, а в какой – свойства
восстановителя:
- 2MnO2
+ O2 + 4KOH = 2K2MnO4 + 2H2O (MnO2
– восстановитель)
- MnO2
+ 4HCI = MnCI2 + CI2 + 2H2O (MnO2
– окислитель)
3. Углубление и
расширение знаний
Важнейшие
окислители и продукты их восстановления
1. Серная кислота
- Н2SO4 является окислителем
А) Уравнение
взаимодействия цинка с разбавленной Н2SO4 (слайд 3)
Какой ион является
окислителем в данной реакции? (H+)
Продуктом
восстановления металлом, стоящим в ряду напряжения до водорода, является H2.
Б) Рассмотрим
другую реакцию – взаимодействие цинка с концентрированной Н2SO4
(слайд 4)
Какие атомы меняют
степень окисления? (цинк и сера)
Концентрированная
серная кислота (98%) содержит 2% воды, и соль получается в растворе. В реакции
участвуют фактически сульфат – ионы. Продуктом восстановления является
сероводород.
В зависимости от
активности металла продукты восстановления концентрированной Н2SO4
разные: H2S, S, SO2.
Чем выше
активность металла, тем дальше (глубже) идет восстановление серы (вплоть до
низшей степени окисления - 2) (слайд 5)
На схемах указаны
продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов
восстановления кислот
2. Другая кислота
– азотная – также окислитель за счет нитрат – иона NO3-. Окислительная
способность нитрат – иона значительно выше иона H+, и ион водорода
не восстанавливается до атома, поэтому при взаимодействии азотной кислоты с
металлами, никогда не выделяется водород, а образуются различные соединения
азота. Это зависит от концентрации кислоты и активности металла. Разбавленная
азотная кислота восстанавливается глубже, чем концентрированная (для одного и
того же металла) (слайд 6)
На схемах указаны
продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов
восстановления кислот
Золото и платина
не реагируют с HNO3, но эти металлы растворяются в «царской водке» -
смеси концентрированных соляной и азотной кислот в соотношении 3 : 1.
Au + 3HCI (конц.)
+ HNO3 (конц.) = AuCI3 + NO + 2H2O
3. Наиболее
сильным окислителем из числа простых веществ является фтор. Но он слишком
активен, и его трудно получить в свободном виде. Поэтому в лабораториях в
качестве окислителя используют перманганат калия KMnO4. Его
окислительная способность зависит от концентрации раствора, температуры и
среды.
Реакции окисления
– восстановления могут протекать в различных средах. В зависимости от среды
может изменяться характер протекания реакции между одними и теми же веществами:
среда влияет на изменение степеней окисления атомов.
Обычно для
создания кислотной среды добавляют серную кислоту. Соляную и азотную применяют
реже, т.к. первая способна окисляться, а вторая сама является сильным
окислителем и может вызвать побочные процессы. Для создания щелочной среды
применяют гидроксид калия или натрия, нейтральной – воду.
Продукты
восстановления KMnO4 (MnO4-):
- в кислой
среде – Mn+2 (соль), бесцветный раствор;
- в нейтральной
среде – MnO2, бурый осадок;
- в щелочной
среде - MnO42- , раствор зеленого цвета. (слайд 9,)
К схемам реакций:
KMnO4 + Na2SO3
+ H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4
+ K2SO4 + H2O
KMnO4 + Na
2SO 3 + H2O → MnO2↓ + Na2SO4
+ KOH
KMnO4 + Na
2SO3 + КOH
→ Na2SO4 + K2MnO4 + H2O
Подберите
коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель
(слайд 10)
(Задание разноуровневое:
сильные учащиеся записывают продукты реакции самостоятельно)
(слайд 11)
Значение
окислительно – восстановительных реакций
В рамках одного
урока невозможно рассмотреть все многообразие окислительно-восстановительных
реакций. Но их значение в химии, технологии, повседневной жизни человека трудно
переоценить.
Ученик:
Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе
получения металлов и сплавов, водорода и галогенов, щелочей и лекарственных
препаратов.
С окислительно –
восстановительными реакциями связано функционирование биологических мембран,
многие природные процессы: обмен веществ, брожение, дыхание, фотосинтез. Без
понимания сущности и механизмов протекания окислительно-восстановительных
реакций невозможно представить работу химических источников тока (аккумуляторов
и батареек), получение защитных покрытий, виртуозную обработку металлических
поверхностей изделий.
Для целей
отбеливания и дезинфекции пользуются окислительными свойствами таких наиболее
известных средств, как пероксид водорода, перманганат калия, хлор и хлорная,
или белильная, известь.
Хлор как сильный
окислитель используют для стерилизации чистой воды и обеззараживания сточных
вод.
4. Закрепление
изученного материала
Тест:
- В кислой
среде KMnO4 восстанавливается до:
- соль Mn+2
- MnO2
- K2MnO4
- Концентрированная
H2SO4 при обычной температуре пассивирует:
- Zn
- Сu
- AI
- Концентрированная
HNO3 не реагирует с металлом:
- Ca
- Au
- Mg
- Разбавленная
HNO3 с активными металлами восстанавливается до:
- NO
- N2
- N2O
- Какой продукт
восстановления KMnO4 пропущен: 2KMnO4 + 3K2SO
3 + H2O = + 3K2SO4 + 2KOH
A.
MnO2
B.
2MnSO4
C.
K2MnO4
(взаимопроверка
тестов в парах)
5. Домашнее
задание
Используя схемы,
данные на уроке, закончите уравнения реакций и расставьте в них коэффициенты
методом электронного баланса:
- AI + H2SO4
(конц.) →
- Ag + HNO3
(конц.) →
- KBr + KMnO4
+ H2SO4 → …….. + Br2 + K2SO4
+ H2O (слайд
13)
6.Подведение
итогов урока
Инструктивная
карта
I.
Повторение и обобщение изученного ранее материала
Задание
1: Рассчитайте степени окисления элементов в
соединениях:
MnO2,
H2SO4, K2SO3, H2S,
KMnO4 .
Задание
2: Методом электронного баланса найдите и
поставьте коэффициенты в следующей схеме окислительно – восстановительной
реакции:
MnO2
+ H2SO4 → MnSO4 + O2 + H2O
Задание
3: В какой из приведенных схем уравнений
реакций MnO2 проявляет свойства окислителя, а в какой – свойства
восстановителя:
А) 2MnO2 + O2 + 4KOH = 2K2MnO4 + 2H2O Б) MnO2 + 4HCI = MnCI2 + CI2 + 2H2O
II. Углубление и расширение знаний:
Задание: К схемам реакций:
KMnO4
+ Na2SO3 + H2SO4 → MnSO4 + Na2SO4
+ K2SO4 + H2O
KMnO4
+ Na 2SO 3 + H2O
→ MnO2↓ + Na2SO4 + KOH
KMnO4
+ Na 2SO3 + КOH → Na2SO4
+ K2MnO4 + H2O
Подберите
коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.
III. Закрепление изученного материала
Тест:
1.В
кислой среде KMnO4
восстанавливается до:
А) соль Mn+2 Б) MnO2 В) K2MnO4
2.Концентрированная
H2SO4 при обычной температуре пассивирует:
А) Zn Б) Сu В) AI
3.Концентрированная
HNO3 не реагирует с металлом:
А) Ca Б) Au В) Mg
4.Разбавленная
HNO3 с активными металлами восстанавливается до:
А)NO Б) N2 В) N2O
5.
Какой продукт восстановления KMnO4 пропущен:
2KMnO4
+ 3K2SO 3 + H2O = + 3K2SO4
+ 2KOH
А) MnO2 Б) 2MnSO4 В) K2MnO4
Оценка за тест (по результатам
взаимопроверки)
IV. Домашнее задание
Используя
схемы, данные на уроке, закончите уравнения реакций и расставьте в них
коэффициенты:
1. AI + H2SO4 (конц.) →
2. Ag + HNO3
(конц.) →
3. KBr + KMnO4
+ H2SO4 → …….. + Br2 + K2SO4
+ H2O
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.