СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Исследовательская работа по теме: «Окислительно-восстановительные реакции».

Категория: Химия

Нажмите, чтобы узнать подробности

Показать применение ОВР и ионных реакций в природе и жизни человека. Научиться решать ОВР электронно-ионным методом полуреакций. Показать применение ОВР и ионных реакций в природе и жизни человека.

.

 

Просмотр содержимого документа
«Исследовательская работа по теме: «Окислительно-восстановительные реакции».»

ниципальное автономное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №10 с. Покровское

Пригородный района Свердловской области





Исследовательская работа по теме:

«Окислительно-восстановительные реакции».





Автор:

Гаврилеева Виктория Викторовна

ученица 9 б класса

с. Покровское

Домашний адрес:

Свердловская область,

Пригородный район, село Покровское,

Ул.Надеждинская д.42



Руководитель:

Печёрина Ираида Викторовна

Учитель химии, биологии

МАОУ СОШ №10 с. Покровское



Адрес организации:

Свердловская область, Пригородный район

С.Покровское, ул. Школьная 11а











С. Покровское

2024 года



Оглавление:

Введение …………………………………………………………...……………3


    1. Глава 1. Классификация реакций.…………………………………...….4-5


    1. Глава 2. Окислительно-восстановительные реакции……………………6


    1. Глава 3. Решение ОВР методом электронного баланса……………....7-8


1.4. Глава 4. Ионные реакции………………………………………….......9-10

1.5. Глава 5. Решение ОВР электронно-ионным методом полуреакций11-12

1.6. Глава 6. Применение ОВР и ионных реакций……………………..…..13

Заключение………………………………………………………………….……14


Литература………………………………………………………………..……. .15


Приложение

1.1.Проведение экспериментальных реакций……………………………..16-20























Введение.

Я хочу получить образование по профессии врач и связать свою жизнь с медициной. Поэтому мне придется изучать в институте химию на более сложном уровне.

Актуальность:я хочу понять лучше механизм протекания окислительно-восстановительных реакций, так как в медицине и жизни они встречаются на каждом шагу.

Цель: научиться решать ОВР новым методом, который не изучается в курсе химии 9 класс.

В связи с поставленной целью были сформулированы задачи:

1.Проанализировать материалы литературных источников и Интернета обрешение ОВР новым методом – электронно-ионным.

2. Показать применение ОВР и ионных реакций в природе и жизни человека.

3. Научиться решать ОВР электронно-ионным методом полуреакций.

Проблема: действительно ли роль ОВР и ионных реакций настолько велика в изучении органической и неорганической химии.

Объект исследования: реакции ОВР и ионные.

Практическая значимость работы в том, что она помажет показать значение ОВР и ионных реакций в природе, жизни человека и медицине.

При подготовке к написанию работы мною использованы как теоретические методы исследования: литературных данных, ресурсов Интернета, сравнение полученных данных, систематизация исследовательского материала, так и практический метод решение уравнений ОВР и ионных реакций.

Результат: проведение экспериментальных реакций.

Работа для меня оказалась сложной, но познавательной. Я узнала новый способ решения ОВР, применение ОВР в природе ироль ОВР в живых организмах.

Глава 1. Классификация реакций.

Химические реакции или химические явления – это такие процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.

Реакции, идущие с изменением состава веществ.

По числу и характеру реагирующих, и образующихся веществ,и изменению степеней окисления элементовможно выделить 4 типа реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.

1) Реакции соединения

Реакции соединения – это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество.

2S0 + O20 =2S+2O-2

2S+2O-2+ O20= 2S+4O2-2

4N+4O2-2 + O20 + 2H2+1O-2 = 4H+1N+5O3-2

2)Реакции разложения

Реакции разложения – это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

2Hg+2O-2 = 2Hg0 + O20

2K+1N+5O3-2 = 2K+1N+3O2-2 + O20

2K+1Mn+7O4-2 = K2+1Mn+6O4-2 + Mn+4O2-2 + O20



3)Реакции замещения

Реакции замещения – это такие реакции, при которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе.

2Na0 + 2H2+1O-2 = 2Na+1O-2H+1 + H20

2Al0 + Cr2+3O3-2= Al2+3O3-2 + 2Cr0

Fe0 + Cu+2S+6O4-2 = Fe+2S+6O4-2 + Cu0





4)Реакции обмена

Реакции обмена - это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

2Cr+6O3 + 3Mn+2O = Cr2+3O3 + 3Mn+4O2











































Глава 2. Окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительные реакции составляют особый класс химических процессов. Их характерной особенностью является изменение степени окисления. Окисление – это процесс потери (отдачи) электронов у одного из атомов и восстановление – это процесс, когда другой атом присоединяет (внедряет) электрон. Следовательно, такие два полупроцесса, самостоятельно существовать не могут. Вещества, содержащие атомы, которые понижают свою степень окисления, называются окислителями, а вещества, содержащие атомы, которые повышают степень окисления, - восстановителями.

  1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции характеризуются тем, что атомы, изменяющие свои степени окисления, находятся в разных по своей химической природе атомных или молекулярных частицах. Другими словами одни вещества (простые или сложные), вступающие в химические реакции, являются окислителями, а другие восстановителями. Межмолекулярные процессы составляют наиболее обширную группу окислительно-восстановительных реакций, потому что к ним относятся реакции соединения, замещения и обмена.



2S0 + O2 0 = 2S+2O-2

2Na0 + 2H2+1O = 2Na+1OH + H20

2Cr+6O3 + 3Mn+2O = Cr2+3O3 + 3Mn+4O2

  1. Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакциихарактеризуются тем, что атомы, изменяющие свои степени окисления, находятся в одной и той же молекулярной частице, к внутримолекулярным процессам относятся реакции разложения при нагревании.



(N-3H4)2Cr2+6O= N20 + Cr2+3O3 + 4H2O



Среди внутримолекулярных окислительно-восстановительных реакций выделяют диспропорционирования.



2KMn+7O4-2 = K2Mn+6O4 + Mn+4O2 + O20



Глава 3. Решение ОВР методом электронного баланса.

20Fe+2S2-1 + 55O20 = 10Fe2+3O3-2 + 40S+4O2-2

В-ЛЬ

о-еFe+2 - 1eFe+3 10 10Fe+2 – 10e 10Fe+3

+2 - 1*(-1)+3

В-ЛЬ

о-еS-1- 5e S+4 10 2 2S-1 – 10e 2S+4

-1 – 5*(-1) +4

О-ЛЬ

в-еO0 +2eO-2 5 5O0 + 10e 5O-2

0+2*(-1) -2___________________________________________________________

20Fe; 40S; 55O 20Fe; 40S; 55O



Что бы уменьшить коэффициенты в главном уравнение я взяла для решения одно уравнение окислительное



4Fe+2S2-1 + 11O20 = 2Fe2+3O3-2 + 8S+4O2-2

В-ЛЬ

о-еFe+2 - 1eFe+3 2 2Fe+2 – 2e 2Fe+3

+2 - 1*(-1) +3

О-ЛЬ2

в-еO0 +2eO-2 1 O0 + 2eO-2

0+2*(-1) -2





8Al0 + 30 H+1N+5O3-2 = 8Al+3(N+5O3-2)3-1 + 3(N-3H4+1)+1(N+5O3-2) + 9H2+1O-2

+1+x-6=0 +3+(x-6)*3=0 x+4=+1 x-6=-1

x=+5 3+3x-18=0 x=-3 x=+5

3x=+15

в-льx=+5

о-еAl0 - 3eAl+3 8 8Al0 – 24e 8Al+3

0 – 3*(-1) +3 24

­о-ль

в-е N+5 + 8eN-33 3N+5 + 24e 3N-3

+5 – 8*(-1) - 3

8Al; 30N; 30H; 90O 8Al; 30N; 30H; 90O





























Глава 4. Ионные реакции.

Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле: только в том случае, если в результате её образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например – HO).

  1. Реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды:



Na+1(OH)-1 + H+1(NO3)-1 = Na+1(NO3)-1 + H+1(OH)-1



  1. Реакция между щёлочью и солью, идущая с образованием газа:



2(N-3H4+1­)+1Cl-1 + Ca+2(OH)2-1 = Ca+2Cl2-1+ 2N-3H3+1| + 2H+1(OH)-1



  1. Реакция между щёлочью и солью, идущая с образованием осадка:



Cu+2(SO4)-2 + 2K+1(OH)-1 = Cu+2(OH)2-1| + K2+1(SO4)-2





Данные реакции не являются окислительно-восстановительными, так как у ионов: катионов и анионов не изменяется степень окисления.

Решение ионных реакций.

Na+1(OH)-1 + H+1(NO3)-1 = Na+1(NO3)-1 + H+1(OH)-1

Р Р Р М

Молекулярнаяреакция.



Na1+ + (OH)1- + H1+ + (NO3)1- = Na1+ + (NO3)1- + H+1(OH)-1

Полнаяионнаяреакция



(OH)1- + H1+ = H+1(OH)-1

Сокращенная ионная реакция

________________________________________________



2(NH)+1Cl-1 + Ca+2(OH)2-1 = Ca+2Cl2-1+ 2N-3H3+1+ 2H+1(OH)-1

Р М Р М

Молекулярная реакция



2(NH)+1Cl-1 + Ca+2(OH)2-1 = Ca+2Cl2-1+ 2(NH4)+1(OH)-1

Молекулярнаяреакция





2(NH)1+ +2Cl1-+ Ca+2(OH)2-1= Ca2+ + 2Cl1-+ 2(NH4)1+ + 2(OH)1-

Полнаяионнаяреакция



Ca+2(OH)2-1 = Ca2+ + 2(OH)1-

Сокращенная ионная реакция

_______________________________________________



Cu+2(SO4)-2 + 2K+1(OH)-1 = Cu+2(OH)2-1| + K2+1(SO4)-2

Р Р Н Р

Молекулярная реакция



Cu2+ + (SO4)2- + 2K1+ + 2(OH)1- = Cu+2(OH)2-1| + 2K1+ + (SO4)2-

Полнаяионнаяреакция



Cu2+ + 2(OH)1- = Cu+2(OH)2-1|

Сокращенная ионная реакция









































Глава 5. Решение ОВР ионно-электронным методом полуреакций.

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления.

Написании ионно-молекулярных уравнений:

сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде).

При написании полуреакций в ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы:

H1+ — кислая среда, ОН1- — щелочная среда и Н2О - нейтральная среда.

Пример 1.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

1) Составить схему реакции:

Записать исходные вещества и продукты реакции:

Na+12 SO3-2 + K+1MnO4-2 + H+12SO4 Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H20

2) Записать уравнение в ионном виде

В уравнении сократим те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO32- +MnO41- + 2H1+= Mn2++ SO42- + H2O

3) Определить окислитель и восстановитель и составить полуреакции процессов восстановления и окисления.

В приведенной реакции окислитель –MnO41-перманганат ионапринимает

5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Мn2+.

При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO41-, который, соединяясь с Н1+ образует воду.

MnO41-+ 8H1+ + 5e = Mn2++ 4H20

Восстановитель SO3 2-, — окисляется до SO42-, отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO42- содержит больше кислорода, чем исходный SO32-. Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2Н1+:

SO32-+ H20 – 2е- = SO42- + 2H1+

4) Найти коэффициенты для окислителя и восстановителя

Необходимо учесть, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:

MnO41- + 8H1+ + 5е- = Mn2++ 4H20

окислитель, процесс восстановления

2 MnO41-+ H2O - 2е- = SO42- + 2H1+

восстановитель, процесс окисления

5) Просуммировать обе полуреакции

Предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:

2MnO41- + 16H1++ 5SO32-+ 5H20 = 2Mn2++ 8H20 + 5SO42- + 10H1+

Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:

2MnO41- + 5SO32- + 6H1+ = 2Mn2++ 5SO42-+ 3H20

6) Записать молекулярное уравнение

Молекулярное уравнение имеет следующий вид:

5Na2SO3+ 2KMnO4+ 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H20



Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.





Пример:


Окисление нитрита натрия перманганатом калия в щелочной среде

Составим схему реакции:

NaNO2+K+KOH NaNO3+K2MnO4+H2O

Составим полу реакции окисления нитрит-иона и восстановления перманганат-иона с учётом содержания в них атомов кислорода и характера среды:

NO-13+2OH-1-2e =NO-13+H2O

Mn04-2 + e = Mn04-2 |2|

NO2-1 + 20H-1 + 2Mn04 -2 = NO3-1 + H20 + 2MnO}

Дописываем недостающие ионы Na* и К+ и получаем молекулярное уравнение реакции:

NaNO2 + 2KMn04 + 2KOH = NaNO3+ 2K2Mn04 + H20



























Глава 6. Применение ОВР и ионных реакций.

Окислительно-восстановительные реакции – это редокс-реакции (изменение числа электронов). Эти реакции самые распространенные и играют большую роль в природе, технике. Они являются основой жизнедеятельности. С ними связаны дыхание и фотосинтез, гниение и брожение.

  1. Биологические процессы. Дыхание: В организме человека происходит окисление глюкозы с образованием углекислого газа и воды, что приводит к выделению энергии. Фотосинтез: Растения используют световую энергию для окисления воды и восстановления углекислого газа до глюкозы.

Гниение - разложение сложных азотсодержащих органических соединений (преимущественно белков) под действием гнилостных микроорганизмов. При гниении выделяется преимущественно газообразный аммиак. Гниение играет важную роль в круговороте веществ в природе: в результате жизнедеятельности и гибели животных и растений, в почву и водоёмы попадают много белковых продуктов, которые лишь благодаря деятельности гнилостной микрофлоры не накапливаются, а минерализуются.

2. Промышленность: Производство металлов: ОВР используются для восстановления металлов из их руд. Например, производство железа из оксида железа (III).Электролиз применяется в технике, в искусстве и быту для защиты металлических изделий от коррозии. На их поверхности наносится тончайший слой другого металла – хрома, серебра, золота, меди, никеля. Нанесенные на металлы электролизом покрытия получаются ровными по толщине, прочными, служат долго и, кроме того, таким способом можно покрывать изделие любой формы.

-Аккумуляторы: В процессе зарядки и разрядки аккумуляторов происходят ОВР. Например, в свинцово-кислотных аккумуляторах.

3. Химическая промышленность: Производство аммиака: Процесс Гарбера, где азот восстанавливается водородом.

-Производство кислот: Например, производство серной кислоты, где сера окисляется до S+6.

Для целей отбеливания и дезинфекции пользуются окислительными свойствами таких наиболее известных средств, как пероксид водорода, перманганат калия, хлор и хлорная, или белильная, известь.



Если требуется окислить с поверхности изделия какое-либо легко разрушающееся вещество, применяют пероксид водорода. Он служит для отбеливания шелка, перьев, меха. С его помощью также реставрируют старинные картины.

4. Очистка воды: Озонирование: Использование озона для окисления органических загрязнителей в воде.

Дезинфицирующее действие перманганата калия основано на окислительном свойстве.

Хлор как сильный окислитель используют для стерилизации чистой воды и обеззараживания сточных вод. Хлор разрушает многие краски, на чем основано его применение при белении бумаги и тканей. Хлорная, или белильная, известь – это один из самых распространенных окислителей как в быту, так и в производственных масштабах.

5. Пищевая промышленность: Консервирование: Использование антиоксидантов для предотвращения окисления жиров и других компонентов пищи. Ввиду безвредности для организма пероксид водорода применяют в пищевой отрасли промышленности для отбеливания шоколада, рубцов и оболочек в производстве сосисок.

6. Использование катализаторов для окисления вредных веществ в выхлопных газах автомобилей.





















Заключение.

Я научилась решать окислительно-восстановительные реакции новым методом - ионно-электронным полуреакций, который не изучается в курсе химии 9 класса.

Решила все поставленные задачи:

  1. Проанализировала материалы литературных источников об решение окислительно-восстановительные реакции новым методом – электронно-ионным. Сопоставляя полуреакции я отметила, что достоинства метода электронно-ионного, по сравнению с методом электронного баланса в том, что в нем применяются не гипотетические ионы, а реально существующие. При методе полуреакций не нужно знать степени окисления атомов. При нем же видна активная роль среды.

  2. Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому электронно-ионные уравнения более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления. При написании электронно-ионных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде).

  3. Также я показала применение окислительно-восстановительных и ионных реакций в природе и жизни человека. С ними связан обмен веществ в живых организмах и фотосинтез в зеленных частях растений. Электролиз используется для получения многих металлов, а также для очистки некоторых металлов от примесей, от коррозии. Ионные реакции лежат в основе мероприятий по охране природы, металлургических процессов и круговорота элементов в природе.











Литература.

Печатные ресурсы:

  1. Крицман В. А., Книга для чтения по неорганической химии. Ч. II. Учеб. пособие для учащихся 9 класс – Москва: «Просвещение», 1984 г.

  2. Третьяков Ю. Д., Алейников Н. Н., Кеслер Я. А., Казимирчик И. В., Химия: Справочные материалы: Книга для учащихся. – Москва: «Просвещение», 1988 г.

Интернет-ресурсы:

  1. https://foxford.ru/wiki/himiya/metod-elektronno-ionnogo-balansa?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F-методэлектронно-ионного баланса. Химия, Химические реакции

  2. https://eni.ssau.ru/chem/chem_online_book/metod-ionno-elektronnyh-shem-2/метод ионно-электронных схем - Химический факультет

  3. https://studizba.com/lectures/himija/obschaja-himija/26370-rol-okislitelno-vosstanovitelnyh-processov.html роль окислительо-восстановительных процессов - Общая химия

  4. https://www.n-asveta.by/dadatki/madelny_urok/2019/ukrainets(2).pdf окислительно-восстановительные процессы в природе, технике, быту.

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Окислительно-восстановительные_реакции общая характеристика окислительно-восстановительных реакций.













Практическая часть:

Приложение 1:

Процесс горения спички – это окислительно-восстановительный процесс.

Мы каждый день встречаемся со спичками, а знаем ли мы какие там процессы? Слово «спичка» является производным от старорусского слова «спица» (заостренная деревянная палочка, заноза).

Состав зажигательной смеси для головок спичек:

Бертолетовая соль, хромпик, сера, пиролюзит, сурик железный, стеклянный порошок, клей костный, окись цинка.

Ость спички: целлюлоза, парафин.

Состав намазки для спичечного коробка:

Фосфор красный, пиролюзит, сурьма трёх сернистая, мел, каолин, стеклянный порошок, лигносульфон, декстрин.

Главное вещество бертолетова соль – KClO3, кислород входящий в состав сложного вещества обладает свойствами окислителя, как простое вещество кислород в момент его разложения.

Происходящие реакции:

  1. При ударе образуется искра.

  2. Красный фосфор загорается, превращаясь в белый фосфор (свечение).

  3. 2KClO3 2KCl + 3O2

S + O2 SO2

3S + 2KClO3 2KCl + 3SO2

  1. Горение парафина

2C20H42 + 61­O2 ­ 40CO2 + 42H2O

  1. Горение целлюлозы

(C6H10O5)n + 6nO2 6nCO2 + 5nH2O







Бенгальский огонь.

Приложение 2.

Горят ли в небе причудливые фейерверки – это тоже окислительно-восстановительные процессы.



2K+1Cl+5O3-2 2K+1Cl-1 + 3O20

о-ль

в-еCl+5+ 6eCl-1 1

в-ль 6

о-еO-2 – 2eO0 3 3O-2 – 6e3O0

2K; 2Cl; 6O 2K; 2Cl; 6O

S0 + O20 S+4O2-2

в-ль

о-еS0 – 4eS+41

4

о-ль

в-еO0 + 2eO-22 2O0 + 4e 2O-2

­1S; 2O 1S; 2O



Решение ОВР ионно-электронным методом полуреакций:

3S0 + 2K+1Cl+5O3-2 2K+1Cl-1 + 3S+4O2-2



ClO31-Cl1- + O2-

В-еClO31-+ 2е1- = Cl1-+ O2-

о-еS0 – 4eS4+

ClO31- + S0Cl1- + S4+ + 3O2-

K1+ K1+

S0+ K1+ + ClO31- K1+ +Cl1- + S4+ + 3O2-

S0+ K+1Cl+5O3-2K+1Cl-1 + S+4O2-2

Итог: 3S0+ 2K+1Cl+5O3-2 = 2K+1Cl-1 + 3S+4O2-2









Приложение 3.



Лабораторный опыт: (соблюдайте правила ТБ)

В четыре пронумерованные пробирки налито по 1-2 мл разбавленного раствора перманганата калия. В первую пробирку добавьте несколько капель раствора серной кислоты, во вторую – воду, в третью – гидроксида калия, четвертую пробирку оставьте в качестве контрольной. Затем в первые три пробирки прилейте, осторожно взбалтывая, раствор сульфита натрия.


Отметьте как изменяется окраска раствора в каждой пробирке:

1 пробирка -

2 пробирка –

3 пробирка –

4 пробирка - контроль


Задание: К схемам реакций:


KMnO4+ Na2SO3 + H2SO4MnSO4+ 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.























23