Урок по химии (9 класс). Тема: «Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции»

Казахстан, Северо-Казахстанская область, район имени Габита Мусрепова, село Сокологоровка

КГУ «Сокологоровская средняя школа»

Урок в 9 классе

Тема: «Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции»

План урока

Тема: Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции

Цель:  систематизировать знания учащихся о классификации химических реакций в свете электронной теории; научить объяснять основные понятия окислительно-восстановительных реакций; научить составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций.

Задачи:

Образовательная: сформировать знания, умения и навыки при изучении степени окисления элементов, окислительно-восстановительные реакции

Развивающая: развить мышление учащихся, умение анализировать, сравнивать, обобщать, наблюдать, запоминать, осуществлять самоконтроль

Воспитательная: воспитывать личностные качества, обеспечивающие успешность исполнения задания, дисциплинированность, ответственность, а также активность, увлеченность и наблюдательность

Структура урока

1) Организационный момент

2) Проверка домашнего задания

3) Изучение нового материала

4) Закрепление нового материала

5) Домашнее задание, выставление оценок

Ход урока

1) Организационный момент (3-5 мин.)

2) Проверка домашнего задания (10 мин.)

а) Напишите уравнение реакции восстановления оксида железа (II) водородом. Реакцию проводят при +500°С.

б) Расскажите об областях применения водорода.

в) Вычислите, сколько граммов водорода выделится при взаимодействии 4г кальция с водой.

3) Изучение нового материала (15-20 мин.)

Если в соединениях с полярной ковалентной связью общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного атома, то в ионных соединениях валентные электроны полностью переходят от атомов металла к атомам неметалла. Однако резкой границы между соединениями с полярной ковалентной и ионной связями не существует. 

Процессы, в результате которых происходит переход или смещение валентных электронов от атомов с меньшей электроотрицательностью к атомам с большей электроотрицательностью, называются окислительно-восстановительными реакциями.

Рассмотрим реакцию образования оксида натрия Na₂O:

                   4?   

    _{0                                                                         +1      -2}

4Na              +               O₂  → 2Na₂O

_{восстановитель                           окислитель}

 ^{(окисляется)                            (восстанавливается)}

Процесс передачи атомом электронов называется окислением, а процесс присоединения электронов - восстановлением.

Те атомы или ионы, которые присоединяют электроны, называются окислителями, а те, которые отдают, - восстановителями.

В рассмотренном примере атом натрия в реакции с кислородом, окисляясь, отдает электрон. Следовательно, он является восстановителем. Атом же кислорода является окислителем. Он присоединяет к себе электрон, т.е. восстанавливается.

Заряд иона в ионных соединениях и условный заряд атомов в полярных ковалентных соединениях принято называть степенью окисления.

Значения степени окисления определяются числом электронов, смещенных от атома данного элемента к атому другого элемента. 

Степень окисления обозначается арабскими цифрами со знаком «+» или «-». Каждому атому в любом сложном соединении соответствует определенная степень окисления. Например, для фтора во фтороводороде HF степень окисления равна -1, для водорода +1.

В химических формулах биэлементных соединений, как правило, на первое место ставится символ химического элемента, обладающего меньшей электроотрицательностью (например, металла) и соответственно положительной степенью окисления.

Степень окисления многих химических элементов – величина переменная. Например, для серы известны следующие степени окисления: +2 в H₂S , +4 в SO₂ , +6 в SO₃. В простом веществе степень окисления серы равна 0. Нулевую степень окисления имеют атомы химических элементов, входящих

     _{0                        0}

в состав простых веществ: водорода H₂, хлора Cl₂ и других. Это объясняется тем, что в таких молекулах смещение электронов не происходит.

Атомы металлов проявляют только положительную степень окисления. Атомы неметаллов (кроме фтора) могут проявлять как положительную, так и отрицательную степень окисления.

В соединениях неметаллов одного и того же периода отрицательную степень окисления будет иметь элемент с большим порядковым номером  (например,

                                                                               _{+5   -1}

в хлориде фосфора (V) PCl₅:  PCl₅).

В химических соединениях сумма абсолютных значений степеней окисления равна нулю. Исходя из этого, легко определить степень окисления одного элемента, если известны степени окисления других элементов в данном соединении. Например, для определения

                                                                                                              _{+1  х    -2}

степени окисления марганца в соединении перманганата калия KMnO₄ составляют следующее уравнение:

(+1) + х+ (-2)· 4 = 0,

1 + х – 8 = 0,

х = 8 – 1 = 7,

х = +7.

Степень окисления марганца в перманганате калия равна +7.

Чаще всего высшая положительная степень окисления элемента в его соединении равна номеру группы периодической системы, в которой находится этот элемент. В периодической системе это показано на примере формул оксидов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇.

Окислительно-восстановительные реакции

Окислиительно-восстановиительные реакции, также редокс (англ. redox, от reduction-oxidation — окисление-восстановление) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем. В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается. Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений — окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.

Окисление — процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

При окислеении вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя — акцепторами электронов.

В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части. При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.

Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель:

                     окислитель + e⁻ ↔ сопряжённый восстановитель.

Восстановлеением называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.

При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисления элемента. Примеры: восстановление оксидов металлов до свободных металлов при помощи водорода, углерода, других веществ; восстановление органических кислот в альдегиды и спирты; гидрогенизация жиров и др.

Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель:

                      восстановитель — e⁻ ↔ сопряжённый окислитель.

Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций следует учесть, что число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, присоединенных окислителем.

В качестве примера рассмотрим реакцию соляной кислоты с перманганатом калия.

1.Пишут формулы реагирующих веществ, ставят стрелку, а за ней пишут формулы веществ, которые образуются при данной реакции:

HCl+KMnO₄→KCl+MnCl₂+Cl₂↑+H₂O

2.Проставляют степень окисления над знаками элементов, у которых она меняется:

                                                             _{-1            +7                              +2                0}

HCl+KMnO₄→KCl+MnCl₂+Cl₂↑+H₂O

3.Выписывают химические знаки элементов, атомы или ионы которых меняют степень окисления:

                                                                                                              ₀

2Cl¯→Cl₂

                                                                                              _{+7           +2}

Mn→Mn

4.Находят, сколько электронов отдают или присоединяют соответствующие атомы или ионы:

                       ₀

2Cl – 2e⁻→Cl₂

         _{+7                       +2}

Mn + 5e⁻→Mn

5.Находят наименьшее общее кратное число отданных и присоединенных электронов (их число должно быть одинаково):

            _{0                                                                0}

2Cl¯– 2e⁻→Cl₂       5    10Cl¯ –10e⁻→5Cl₂

                                       _{+7                       +2                           +7                             +2}

Mn+ 5e⁻→Mn      2    2Mn+10e⁻→2Mn

6.Найденные коэффициенты ставят перед соответствующими формулами в правой части уравнения:

HCl+KMnO₄→KCl+2MnCl₂+5Cl₂+H₂O

7.Соответсвенно найденным коэффициентам в правой части уравнения находят коэффициенты для формул всех остальных веществ:

16HCl+2KMnO₄→2KCl+2MnCl₂+5Cl₂+8H₂O

8.Проверяют, соответствует ли число атомов всех элементов в левой части уравнения числу атомов в правой части уравнения.

4) Закрепление нового материала (5-7 мин.)

а) Составьте уравнения окислительно– восстановительных реакций:

1.Алюминия с хлором;

2.Железа с хлором;

3. Лития с серой.

б) Определите степень окисления хрома в соединении K₂Cr₂O₇.

г) Даны уравнения реакций:

1. Zn+ Cl₂→ZnCl₂

2. Zn+HCl→ZnCl₂+H₂↑

Проставьте над знаками соответствующих химических элементов степени окисления и покажите переход электронов.

5) Домашнее задание, выставление оценок(3мин.)

§66 пересказ стр.169-172; упражнения № 3, 4,5 стр.172