Что нужно человеку для жизни? Воздух и еда. Мы поглощаем пищу и вдыхаем кислород и в нашем организме идут бесконечные процессы окисления, дающие нам энергию. Помните выражение: «Ты что, каши мало ел?»
 

Как приятно летом прогуляться по лесу или парку. Вокруг так много зелени. Но откуда все это берется? Проведите опыт. Возьмите горшок с землей, взвесьте и посадите семечко. Через несколько лет оно превратится в большое растение. Взвесьте это растение и отдельно землю, в которой оно росло, и вы увидите, что масса земли не изменилась, в то время как масса растения увеличилась. Откуда она взялась? Не удивляйтесь. Это тоже благодаря окислительно – восстановительной реакции  -фотосинтезу. В процессе фотосинтеза образуется так необходимый нам кислород и углеводы - строительный материал растений.
 

Если мы замерли, или хотим приготовить еду, то зажигаем огонь. Реакция горения это тоже окислительно – восстановительная реакция.

А знаете, что можно согреться и без огня, с помощью химических грелок. Например такой: совершенно сухую смесь железной (Fe) или алюминиевой (Al) стружки с солями меди (например, CuCl2) можно хранить довольно долго, а при добавлении воды температура сразу же повышается почти до 100^оС за счет реакции:
Fe + CuCl₂ = FeCl₂ + Cu
При этом грелка, в которой хлорид меди CuCl₂ превращается в хлорид железа FeCl₂, сохраняет тепло около десяти часов.

I. Сущность окисления и восстановления

Восстановителем может быть атом элемента, а восстановление - это процесс принятия электронов.

Есть ряд мнемонических правил, которые позволяют лучше запомнить разницу между этими понятиями:

1. По первым буквам слов можно составить следующие сокращения:

   ОВВ:  окислитель - взял e¯ - восстановился 

   ВОО:  восстановитель - отдал - окислился

   2. Или использовать словосочетание "окислитель-грабитель".
2.  
3. 3. Запомнить стихотворение:
   Восстановитель — это тот, кто электроны отдает. 
   Сам отдает грабителю, злодею-окислителю. 
   Отдает — окисляется, сам восстановителем является.

II. Электронный баланс

1. Посмотрите анимацию: “Метод электронного баланса”

В окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной ре­ак­ции число при­ня­тых элек­тро­нов долж­но быть равно числу от­дан­ных элек­тро­нов. В рас­смат­ри­ва­е­мом про­цес­се элек­трон­ный ба­ланс можно изоб­ра­зить сле­ду­ю­щей схе­мой:

        2е-

Cu²⁺ + 2Cl^- = Cu⁰ + Cl₂⁰

Если рас­смот­реть сущ­ность еще од­но­го окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­но­го про­цес­са (между же­ле­зом и суль­фа­том меди (II)), то мы уви­дим, что ка­ти­о­ны меди в этой ре­ак­ции вы­пол­ня­ют роль окис­ли­те­ля. В ре­зуль­та­те про­ис­хо­дит вос­ста­нов­ле­ние меди:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

Роль вос­ста­но­ви­те­ля иг­ра­ет про­стое ве­ще­ство же­ле­зо:

Fe⁰ – 2e = Fe²⁺

При этом же­ле­зо окис­ля­ет­ся до двух­за­ряд­но­го ка­ти­о­на.

В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединённых окислителем.
Для составления уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции.

Вы уже зна­е­те, что окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ные ре­ак­ции могут про­те­кать под дей­стви­ем элек­три­че­ско­го тока. Такие ре­ак­ции на­зы­ва­ют элек­тро­ли­зом. Этот про­цесс был по­дроб­но изу­чен Май­к­лом Фа­ра­де­ем. Се­год­ня элек­тро­лиз ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся в про­мыш­лен­но­сти. С по­мо­щью него де­ла­ют копии раз­лич­ных де­та­лей, на­но­сят на сталь­ные де­та­ли ав­то­мо­би­лей за­щит­ный слой дру­го­го ме­тал­ла.

III. Понятие «окислительно-восстановительные реакции»

IV. Отличие окислительно-восстановительных реакций от других реакций 

Рас­смот­рим на кон­крет­ных при­ме­рах, как от­ли­чить окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ную ре­ак­цию от про­чих ре­ак­ций.

1. NaOH + HCl = NaCl + H₂O

2. СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Для того чтобы ска­зать, яв­ля­ет­ся ли ре­ак­ция окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной, необ­хо­ди­мо рас­ста­вить зна­че­ния сте­пе­ней окис­ле­ния ато­мов хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

1. Na⁺¹O^-2H⁺¹+ H⁺¹Cl^-1 = Na⁺¹Cl^-1 + H2⁺¹O^-2

Об­ра­ти­те вни­ма­ние, сте­пе­ни окис­ле­ния всех хи­ми­че­ских эле­мен­тов слева и спра­ва от знака ра­вен­ства оста­лись неиз­мен­ны­ми. Зна­чит, эта ре­ак­ция не яв­ля­ет­ся окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ной.

2. С^-4Н₄⁺¹ + 2О₂⁰ = С⁺⁴О₂^-2 + 2Н₂⁺¹О^-2

В ре­зуль­та­те дан­ной ре­ак­ции сте­пе­ни окис­ле­ния уг­ле­ро­да и кис­ло­ро­да  по­ме­ня­лись. При­чем уг­ле­род по­вы­сил свою сте­пень окис­ле­ния, а кис­ло­род по­ни­зил. За­пи­шем схемы окис­ле­ния и вос­ста­нов­ле­ния:

С^-4 -8е =С⁺⁴       - про­цесс окис­ле­ния

О₂⁰+4е = 2О^-2    - про­цесс вос­ста­нов­ле­ния

Чтобы число от­дан­ных элек­тро­нов было равно числу при­ня­тых, т.е. со­блю­дал­ся элек­трон­ный ба­ланс, необ­хо­ди­мо до­мно­жить вто­рую по­лу­ре­ак­цию на ко­эф­фи­ци­ент 2:

С^-4 -8е =С⁺⁴   -  вос­ста­но­ви­тель, окис­ля­ет­ся

2О₂⁰ +8е = 4О^-2  - окис­ли­тель, вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся

Окис­ли­тель в ходе ре­ак­ции при­ни­ма­ет элек­тро­ны, по­ни­жая свою сте­пень окис­ле­ния, он вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.

Вос­ста­но­ви­тель в ходе ре­ак­ции от­да­ет элек­тро­ны, по­вы­шая свою сте­пень окис­ле­ния, он окис­ля­ет­ся.

V. Алгоритм составления ОВР

Расставить коэффициенты в реакции, схема которой: HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + H2O

Алгоритм расстановки коэффициентов

1. Указываем степени окисления химических элементов.  Подчёркнуты химические элементы, в которых изменились степени окисления.

2. Составляем электронные уравнения, в которых указываем число отданных и принятых электронов. За вертикальной чертой ставим число электронов, перешедших при окислительном и восстановительном процессах. Находим наименьшее общее кратное (взято в красный кружок). Делим это число на число перемещённых электронов и получаем коэффициенты (взяты в синий кружок). Значит, перед марганцем будет стоять коэффициент-1, который мы не пишем, и перед Cl2 тоже -1. Перед HCl коэффициент 2 не ставим, а считаем число атомов хлора в продуктах реакции. Оно равно - 4.Следовательно, и перед HCl ставим - 4,уравниваем число атомов водорода и кислорода справа, поставив перед H2O коэффициент - 2. В результате получится химическое уравнение:

Рассмотрим более сложное уравнение:

H2S + KMnO4 + H2SO4 =S + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Расставляем степени окисления химических элементов:

Электронные уравнения примут следующий вид  Перед серой со степенями окисления -2 и 0 ставим коэффициент 5, перед соединениями марганца -2, уравниваем число атомов других химических элементов и получаем окончательное уравнение реакции

ЦОРы

Анимация:“Метод электронного баланса”