Тема 2.2. Окисно-відновні реакції

План

1. Поняття про ступінь окиснення. Правила визначення ступенів окиснення.*
2. Поняття про окисно-відновні реакції. *
3. Типи окисно-відновних реакцій.*
4. Метод електронного балансу.**

1. Ступінь окиснення – це умовний заряд атома в речовині за умови, що всі зв’язки іонні.

Ступінь окиснення складається з двох частин:

1) знаку (якщо + - атом віддав електрони; якщо – - атом приєднав електрони)

2) з числа (воно означає число електронів, зміщених від атома даного елемента до атома іншого елемента)

Правила для визначення С.О.:

1) С.О. атома елемента у вільному стані дорівнює 0.

2) С.О. Гідрогену дорівнює +1, а в гідридах металів дорівнює -1.

3) С.О. Оксигену дорівнює -2, тільки в OF₂ дорівнює +2, в пероксидах -1.

4) С.О. усіх атомів в сполуці дорівнює 0.

5) С.О. усіх атомів в йоні дорівнює його заряду.

6) С.О. може бути дробним числом.

1. Окисно-відновні реакції – це реакції, які відбуваються зі зміною ступеня окиснення елементів, що входять до складу реагуючих речовин.

Під час окисно-відновних реакцій одночасно відбувається 2 процеси – окиснення і відновлення.

Окиснення – процес віддачі електронів атомом, молекулою або йоном.

Відновлення – процес приєднання електронів атомом, молекулою або йоном.

Окисник – частинка, що приєднує електрони (неметали з високою електронегативнстю; катіони; йони та молекули, що місять елемент з високим с.о.)

Відновник – частинка, що віддає електрони (метали; аніони; неметали з невисокою електронегативність; йони та молекули, що містять атоми з невисоким (проміжним) с.о.)

3. Типи ОВР:

1) Міжмолекулярні (ступінь окиснення змінюють атоми, що входять до складу різних вихідних речовин)

_{0 +2 0 +1}

Пр.: H₂ + CuO → Cu + H₂O

2) Внутрішньомолекулярні (атоми, що змінюють с.о., входять до складу однієї сполуки)

_{+1 -2 - 1 0}

Пр.: 2KClO→ 2KCl + O₂

3) Реакції диспропорціонування (атоми одного й того самого елемента з певним с.о. є як окисниками, так і відновниками)

_{+1 +2 0}

Пр.: 2CuI→ CuI₂ + Cu

4. Коефіцієнти в ОВР розставляються методом електронного балансу.

_{+5 -2 +4 0}

Cu(NO₃)₂ → CuO + NO₂ + O₂

_{-2 0}

2O – 4e → O₂ 1 відновник окиснюється

_{+5 +4}

N + 1e → N 4 окисник відновлюється

Підставляємо знайдені коефіцієнти у схему реакції:

2Cu(NO₃)₂ → CuO + 4NO₂ + O₂

Підбираємо коефіцієнт перед формулою CuO:

2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

Контрольні запитання:

1. Що називається ступенем окиснення? Правила визначення ступенів окиснення.
2. Визначте ступені окиснення в речовинах: K₂Cr₂O₇, H₂SO₃, HClO, KClO₃.
3. Які реакції називаються окисно-відновними? Навести приклади.
4. Розставте коефіцієнти методом електронного балансу, визначте тип окисно-відновних реакцій:

а) H₂S + HNO₃ → H₂SO₄ + NO₂ + H₂O

б) NH₄NO₂ → N₂ + H₂O

в) K₂MnO₄ + H₂O → KMnO₄ + MnO₂ + KOH

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. - Гл. IX, §§ 93-97 с. 264-272.
2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. І, Гл. 3, § 28, Гл. 7, §§ 55-59, с. 37-38, 66-74.

Тема 2.3. Енергетика хімічних реакцій

План

1. Термохімія. Поняття про тепловий ефект реакцій.
2. Класифікація реакцій за тепловим ефектом. Термохімічні рівняння.*
3. Закон Гесса.*

1. Хімічні реакції супроводжуються певними енергетичними змінами. Ці енергетичні зміни іноді навіть важливіші, ніж утворення в процесі цих реакцій нових речовин. Як приклад досить згадати реакції горіння палива. Тому важливо вивчати ті енергетичні зміни, які відбуваються під час реакцій.

Розділ хімії, присвячений кількісному вивченню теплових ефектів реакцій, називається термохімією.

Хімічні реакції відбуваються з виділенням або поглинанням енергії. Звичайно ця енергія виділяється або поглинається у вигляді теплоти. Виділення теплоти при взаємодії різних речовин дає підставу визначати, що ці речовини ще до реакції в прихованій формі мали певну енергію. Така форма енергії, яка прихована в речовинах і яка вивільняється під час хімічних, а також деяких фізичних процесів називається внутрішньою енергією речовини.

Під час хімічних перетворень вивільняється частина енергії, яка є в речовинах. Вимірюючи кількість теплоти, що виділяється під час реакції, можемо судити про зміну цього запасу. Тепловий ефект реакції – це теплота, яка виділяється (поглинається) під час реакції.

Тепловий ефект залежить від: природи реагуючих речовин, маси реагуючих речовин, температури, агрегатних станів речовин, алотропних модифікацій.

2. За тепловим ефектом всі реакції поділяються на екзотермічні і ендотермічні. Реакції, що відбуваються з виділенням енергії, називають екзотермічними, а реакції, під час яких енергія поглинається – ендотермічними.

Теплові ефекти можна включати в рівняння реакцій. Хімічні рівняння, в яких вказано тепловий ефект реакції називаються термохімічними рівняннями. Величину теплового ефекту звичайно записують у правій частині рівняння із знаком плюс у випадку екзотермічної реакції і з знаком мінус у випадку ендотермічної реакції.

Пр.: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + 571,6 кДж

N₂ + O₂ → 2NO – 90,25 кДж

Теплові ефекти реакцій прийнято відносити до 1 моля речовини, що утворюється. Кількість теплоти, яка виділяється або поглинається під час утворення 1 моля сполуки з простих речовин, називається теплотою утворення даної сполуки.

3. Розрахунки в термохімії ґрунтуються на законі Гесса.

Закон Гесса:

Тепловий ефект реакції залежить тільки від початкового і кінцевого стану речовин і не залежить від проміжних стадій.

1) 2NaOH_(водн) + H₂SO_4(водн) → Na₂SO_4(водн) + 2H₂O + 131,4 кДж

2) NaOH_(водн) + H₂SO_4(водн) → NaHSO_4(водн) + H₂O + 61,7 кДж

NaHSO_4(водн) + NaOH_(водн) → Na₂SO_4(водн) + H₂O + 69,7 кДж

Правило з закону Гесса: тепловий ефект хімічної реакції дорівнює сумі теплот утворення кінцевих речовин з відніманням суми теплот утворення вихідних речовин (з врахуванням коефіцієнтів в рівнянні реакції)

Контрольні запитання:

1. Що називається тепловим ефектом реакції?
2. Класифікація реакцій за тепловим ефектом.
3. Закон Гесса.
4. При взаємодії 9,18 л хлору з надлишком водню виділилось 75 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції. Розрахуйте значення теплоти утворення хлороводню.
5. Теплота утворення аміаку становить -46 кДж/моль. Скільки теплоти виділиться при взаємодії 80 л водню (н.у.) з надлишком азоту?

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. - Гл. VІ, §§ 54-56, с. 166-170.
2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. І, Гл. 2, §§ 9-12, 14, с. 16-23.