Тема урока «Окислительно- восстановительные реакции».
Цели:
Обучающие: п ознакомить учащихся с новой классификацией химических реакций по признаку изменения степеней окисления элементов- с окислительно-восстановительными реакциями(ОВР). Сформировать понятие об окислительно - восстановительных реакциях, как химических реакциях по признаку изменения степени окисления элементов. Дать понятия «Окислитель» и «восстановитель». Охарактеризовать единство и неразрывность процессов окисления и восстановления , научить учащихся расставлять коэффициенты методом электронного баланса.
Развивающие: п родолжить формирование умений составлять уравнения химических реакций. Способствовать расширению кругозора обучающихся, развитию умений и навыков применения полученных знаний для объяснения явлений окружающего мира. Продолжить развитие логического мышления, умений анализировать и сравнивать. Совершенствовать практические умения и навыки работы с лабораторным оборудованием и химическими реактивами; дополнить знания учащихся о правилах работы в химическом кабинете. Развивать умение наблюдать, делать выводы.
Воспитательные: с пособствовать формированию культуры межличностного общения на примере умения слушать друг друга, задавать вопросы друг другу, анализировать ответы товарищей, прогнозировать результат работы, оценивать свою работу. Формировать научное мировоззрение учащихся, совершенствовать трудовые навыки.
Тип урока: изучение нового материала.
Дидактические цели: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.
Форма урока: урок - дискуссия с элементами проблемного обучения.
Методы обучения: объяснительно - иллюстративный, проблемный, частично - поисковый.
Ход урока
Организационный момент.
Путешествие в прошлое:
Учитель: В III веке до н.э. на острове Родос был построен памятник в виде огромной статуи Гелиоса (у греков Бог Солнца).Грандиозный замысел и совершенство исполнения Колосса Родосского – одного из чудес света- поражали всех, кто его видел.(показ колосса на слайде).Мы не знаем точно, как выглядела статуя, но известно, что она была сделана из бронзы и достигла в высоту около 33 м. Статуя была создана скульптором Харетом, на ее строительство ушло 12 лет. Бронзовая оболочка крепилась к железному каркасу. Полую статую начали строить снизу и, по мере того как она росла, заполняли камнями, чтобы сделать ее устойчивее.Примерно через 50 лет после завершения строительства Колосс рухнул. Во время землетрясения он переломился на уровне колен. Ученые считают причиной недолговечности этого чуда стала коррозия металла, а основе процесса коррозии лежат окислительно- восстановительные реакции. Запишите в тетради тему урока: «Окислительно - восстановительные реакции».
Итак, сегодня на уроке мы с вами познакомимся с окислительно - восстановительными реакциями и выясним, в чём отличие обменных реакций от окислительно - восстановительных реакций. Научимся определять в реакциях окислитель и восстановитель. Научимся составлять схемы процессов отдачи и принятия электронов.
Актуализация знаний.
Для начала, давайте вспомним, что такое степень окисления и как определяется степень окисления в простых и сложных веществах.
Степень окисления- это условный заряд атома в соединении. Степень окисления совпадает с валентностью, но в отличие от валентности степень окисления бывает отрицательной.
Правила определения степеней окисления:
1. У свободных атомов и у простых веществ степень окисления равна 0:
Na, H 2 , N 2 , S, Al, F 2 .
2. Металлы во всех соединениях имеют положительную степень окисления (ее максимальное значение равно номеру группы):
а) у металлов главной подгруппы I группы +1;
б) у металлов главной подгруппы II группы +2;
в) у алюминия +3.
3. В соединениях кислород имеет степень окисления -2
(исключение O +2 F 2 и пероксиды: H 2 O 2 -1 ; K 2 O 2 -1 ).
4. В соединениях с неметаллами у водорода степень окисления +1, а с металлами -1.
5. В соединениях сумма степеней окисления всех атомов равна 0.
H +1 Cl -1 H 2 +1 S -2 H 2 +1 S +6 O 4 -2
1 - 1 = 0 (2 · 1) - 2 = 0 (1 · 2) + 6 - (2 · 4) = 0
Изучение новой темы.
В 8 классе вы познакомились с реакциями соединения, разложения, замещения и обмена. В основу этой классификации химических реакций положены число и состав исходных и образующихся веществ. Рассмотрим химические реакции с точки зрения окисления (отдачи электронов) и восстановления (присоединения электронов) атомов элементов. Над знаками химических элементов проставим их степени окисления.
Изменились ли степени окисления элементов в этих реакциях?
В первом уравнении степени окисления элементов не изменились, а во втором изменились – у меди и железа.
Вторая реакция относится к окислительно-восстановительным.
Реакции, в результате которых изменяются степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ и продуктов реакции, называют окислительно-восстановительными реакциями ( ).
В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов называется окисление .
H 2 0 - 2ē 2H + 2Br - - 2ē Br 2 0 S -2 - 2ē S 0
Процесс присоединения электронов называется восстановление :
Mn +4 + 2ē Mn +2 S 0 + 2ē S -2 Cr +6 +3ē Cr +3
Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями , а которые отдают электроны - восстановителями .
Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.
Существуют два метода составления окислительно - восстановительных реакций - метод электронного баланса и метод полуреакций. Здесь мы рассмотрим .
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. Рассмотрим этот метод на примере.
Алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса:
Составить схему реакции.
Al + HCl → AlCl 3 + H 2
Определить степени окисления элементов в реагентах и продуктах реакции.
Al 0 + H +1 Cl -1 → Al +3 Cl 3 -1 + H 2 0
Определить, является реакция окислительно-восстановительной или она протекает без изменения степеней окисления элементов.
Эта реакция является ОВР
Подчеркнуть элементы, степени, окисления которых изменяются.
Al 0 + H +1 Cl -1 → Al +3 Cl 3 -1 + H 2 0
Определить, какой элемент окисляется, (его степень окисления повышается) и какой элемент восстанавливается (его степень окисления понижается), в процессе реакции.
Al 0 → Al +3 окисляется
H +1 → H 2 0 восстанавливается
В левой части схемы обозначить с помощью стрелок процесс окисления (смещение электронов от атома элемента) и процесс восстановления (смещение электронов к атому элемента)
Al 0 – 3 ē → Al +3 процесс окисление
2 H +1 + 2 ē → H 2 0 процесс восстановление
Определить восстановитель и окислитель.
Al 0 – 3 ē → Al +3 восстановитель
2 H +1 + 2 ē → H 2 0 окислитель
Сбалансировать число электронов между окислителем и восстановителем.
Al 0 – 3 → Al +3
2H +1 + 2 ē → H 2 0
Определить коэффициенты для окислителя и восстановителя, продуктов окисления и восстановления.
Al 0 – 3 → Al +3
х 2
2H +1 + 2 ē → H 2 0
х 3
Расставить коэффициенты перед формулами окислителя и восстановителя.
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2
Проверить уравнение реакции.
Посчитаем количество атомов справа и слева, если их будет равное количество – уравнение мы уравняли.
Закрепление.
№1. Определите степень окисления атомов химических элементов по формулам их соединений: H 2 S , O 2 , NH 3 , HNO 3 , Fe , K 2 Cr 2 O 7
№2. Определите, что происходит со степенью окисления серы при следующих переходах: H 2 S → SO 2 → SO 3
№3. Расставьте коэффициенты в УХР методом электронного баланса, укажите процессы окисления (восстановления), окислитель (восстановитель); запишите реакции в полном и ионном виде:
А) Zn + HCl = H 2 + ZnCl 2
Б) Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
№4.
Даны
схемы
уравнений
реакций
:
С
uS + HNO
3
(
разбавленная
) = Cu(NO
3
)
2
+ S + NO + H
2
O
K + H
2
O = KOH + H
2
Расставьте коэффициенты в реакциях используя метод электронного баланса.
Укажите вещество - окислитель и вещество - восстановитель.
Домашнее задание: п 1, упр.1, 6 стр 7.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Учебник: Рудзитис Г.Е, Фельдман Ф.Г. Химия: учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 12-е изд. – М.: Просвещение, ОАО “Московские учебники”, 2009. – 191 с
Цель: сформировать представление учащихся о окислительно-восстановительных процессах, их механизме
Ожидаемые результаты
Предметные:
В ходе работы учащиеся
приобретут
- способность анализировать и объективно оценивать жизненные ситуации, связанные с химией, навыками безопасного обращения с веществами, используемыми в повседневной жизни; умением анализировать и планировать экологически безопасное поведение в целях сохранения здоровья и окружающей среды
- умение устанавливать связи между реально наблюдаемыми химическими явлениями и процессами, объяснять причины многообразия веществ, зависимость свойств веществ от их строения;
овладеют научным подходом к составлению уравнению окислительно-восстановительных реакций
Метапредметные
В ходе работы учащиеся смогут
- определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;
- создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;
- применять экологическое мышление в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации
Личностные
В ходе работы учащиеся приобретут
- основы экологической культуры соответствующей современному уровню экологического мышления, опыт экологически ориентированной рефлексивно-оценочной и практической деятельности в жизненных ситуациях;
2.1. Химическая реакция. Условия и признакипротекания химических реакций. Химическиеуравнения.
2.2. Классификация химических реакций по изменению степеней окисления химических элементов
2.6. Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель.
Умения и виды деятельности, проверяемые КИМ ГИА
Знать/понимать
- химическую символику: формулы химических веществ, уравнения химических реакций
- важнейшие химические понятия:, степень окисления, окислитель и восстановитель, окисление и восстановление, основные типы реакций в неорганической химии
1.2.1. характерные признаки важнейших химических понятий
1.2.2. о существовании взаимосвязи между важнейшими химическими понятиями
Составлять
2.5.3. уравнения химических реакций.
Форма проведения: урок с использованием ИКТ, включением парных, индивидуальных форм организации учебно-познавательной деятельности учащихся.
Продолжительность учебного занятия: 45 минут.
Использование педагогических технологий: метод эвристического обучения, обучение в сотрудничестве
Ход урока
I. Проблематизация, актуализация, мотивация – 10 мин.
Фронтальная беседа
- Что такое атомы и ионы.
- Чем они отличаются?
- Что такое электроны?
- Что такое степень окисления?
- Как рассчитывается степень окисления?
На доске учащимся предлагается расставить степени окисления в следующих веществах:
Сl 2 O 7 , SO 3 , H 3 PO 4 , P 2 O 5 , Na 2 CO 3 , CuSO 4 , Cl 2 , HClO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , Cr 2 (SO 4) 3 , Al(NO 3) 3, CaSO 4 ,
NaMnO 4 , MnCl 2 , HNO 3 , N 2 , N 2 O, HNO 2 , H 2 S, Ca 3 (PO 4) 2
II. Изучение нового материала. Объяснение учителя. 15 мин.
Основные понятия (слайд 2):
Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, в которых изменяются степени окисления двух элементов, один из которых является восстановителем, а другой – окислителем
Восстановитель – это тот элемент, который в процессе реакции отдает электроны, и сам при этом окисляется
Окислитель – это тот элемент, который в процессе реакции принимает электроны, и сам при этом восстанавливается
Правила составления окислительно-восстановительных уравнений (слайд 3)
1. Запишем уравнение реакции (слайд 4).
CuS+HNO 3 ->Cu(NO 3) 2 + S + NO+H 2 O
2. Расставим степени окисления всех элементов
Cu +2 S -2 +H +1 N +5 O -2 3 -> Cu +2 (N +5 O -2 3) -1 2 + S 0 + N +2 O -2 +H +1 2 O -2
3. Выделим элементы, которые поменяли степени окисления
Cu +2 S -2 +H +1 N +5 O -2 3 -> Cu +2 (N +5 O -2 3) -1 2 + S 0 + N +2 O -2 +H +1 2 O -2
Видим, что в результате реакции поменяли степени окисления два элемента –
- сера (S) поменяла полностью (от – 2 до 0 )
- aзот (N) поменял частично (от +5 до +2 поменял), часть осталась +5
4. Выпишем те элементы, которые поменяли степени окисления и покажем переход электронов (слайд 5.)
CuS -2 +HN +5 O 3 -> Cu(N +5 O 3) 2 + S 0 + N +2 O+H 2 O
S -2 - 2e S 0
5. Составим электронный баланс, найдем коэффициенты
6. Подставим в уравнение коэффициенты, найденные в балансе (коэффициенты ставятся у веществ, элементы в которых поменяли степень окисления) (слайд 6).
CuS -2 +HN +5 O 3 -> Cu(N +5 O 3) 2 + 3 S 0 + 2 N +2 O+H 2 O
7. Доставим недостающие коэффициенты методом уравнивания
3CuS -2 +8HN +5 O 3 -> 3Cu(N +5 O 3) 2 + 3S 0 + 2N +2 O+4H 2 O
8. По кислороду проверим правильность составления уравнения (слайд 7).
До реакции кислорода 24 атома = После реакции кислорода 24 атома
9. Выдели окислитель и восстановитель и процессы – окисления и восстановления
S -2 (в CuS) является восстановителем, т.к. отдает электроны
N +5 (в HNO 3) является окислителем, т.к. отдает электроны
III. Закрепление изученного материала (25 мин)
Учащимся предлагается выполнить задание в парах.
Задание 1. 10 мин. (слайд 8)
Учащимся предлагается составить уравнение реакции в соответствии с алгоритмом.
Mg+H 2 SO 4 -> MgSO 4 + H 2 S + H 2 O
Проверка задания
4Mg 0 +5H 2 +1 S +6 O 4 -2 -> 4Mg +2 S +6 O 4 -2 + H 2 +1 S -2 + 4H 2 +1 O -2
| Переход е – | Число электронов | НОК | Коэффициенты |
| 2 | 4 | ||
 |
1 |
Задание 2. 15 мин. (слайды 9, 10)
Учащимся предлагается выполнить тест (в парах). Задания теста проверяются и разбираются на доске.
Вопрос № 1
Какое уравнение соответствует окислительно-восстановительной реакции?
- CaCO 3 = CaO + CO 2
- BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl
- Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
- Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3
Вопрос № 2
В уравнении реакции 2Al + 3Br 2 =2AlBr 3 коэффициент перед формулой восстановителя равен
Вопрос № 3
В уравнении реакции 5Сa + 12HNO 3 = 5Ca(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O окислителем является
- Ca(NO 3) 2
- HNO 3
- H 2 O
Вопрос № 4
Какая из предложенных схем будет соответствовать восстановителю
- S 0 > S -2
- S +4 -> S +6
- S -2 > S -2
- S +6 -> S +4
Вопрос № 5
В уравнении реакции 2SO 2 + O 2 -> 2 SO 3 сера
- окисляется
- восстанавливается
- ни окисляется, ни восстанавливается
- и окисляется, и восстанавливается
Вопрос № 6
Какой элемент является восстановителем в уравнении реакции
2KClO 3 -> 2KCl + 3O 2
- калий
- кислород
- водород
Вопрос № 7
Схема Br -1 -> Br +5 соответствует элементу
- окислителю
- восстановителю
- и окислителю, и восстановителю
Вопрос № 8
Соляная кислота является восстановителем в реакции
- PbO 2 + 4HCl = PbCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
- Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
- PbО + 2HCl = PbCl 2 + H 2 О
- Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl+ CO 2 + H 2 O
Ответы на вопросы теста .
номер вопроса 1 2 3 4 5 6 7 8 ответ 3 1 3 2 1 3 2 1
Домашнее задание: параграф 5 упр. 6,7,8 стр. 22 (учебник).
На уроке рассматривается сущность окислительно-восстановительных реакций, их отличие от реакций ионного обмена. Объясняются изменения степеней окисления окислителя и восстановителя. Вводится понятие электронного баланса.
Тема: Окислительно-восстановительные реакции
Урок: Окислительно-восстановительные реакции
Рассмотрим реакцию магния с кислородом. Запишем уравнение этой реакции и расставим значения степеней окисления атомов элементов:
Как видно, атомы магния и кислорода в составе исходных веществ и продуктов реакции имеют различные значения степеней окисления. Запишем схемы процессов окисления и восстановления, происходящих с атомами магния и кислорода.
До реакции атомы магния имели степень окисления, равную нулю, после реакции - +2. Таким образом, атом магния потерял 2 электрона:
Магний отдает электроны и сам при этом окисляется, значит, он является восстановителем.
До реакции степень окисления кислорода была равна нулю, а после реакции стала -2. Таким образом, атом кислорода присоединил к себе 2 электрона:
Кислород принимает электроны и сам при этом восстанавливается, значит, он является окислителем.
Запишем общую схему окисления и восстановления:
Число отданных электронов равно числу принятых. Электронный баланс соблюдается.
В окислительно-восстановительных реакциях происходят процессы окисления и восстановления, а значит, меняются степени окисления химических элементов. Это отличительный признак окислительно-восстановительных реакций .
Окислительно-восстановительными называют реакции, в которых химические элементы изменяют свою степень окисления
Рассмотрим на конкретных примерах, как отличить окислительно-восстановительную реакцию от прочих реакций.
1. NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Для того чтобы сказать, является ли реакция окислительно-восстановительной, необходимо расставить значения степеней окисления атомов химических элементов.
1-2+1 +1-1 +1 -1 +1 -2
1. NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Обратите внимание, степени окисления всех химических элементов слева и справа от знака равенства остались неизменными. Значит, эта реакция не является окислительно-восстановительной.
4 +1 0 +4 -2 +1 -2
2. СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О
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 -8е =С - процесс окисления
О +2е = О - процесс восстановления
Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, т.е. соблюдался электронный баланс , необходимо домножить вторую полуреакцию на коэффициент 4:
С -8е =С - восстановитель, окисляется
О +2е = О 4 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.
1. Микитюк А.Д. Сборник задач и упражнений по химии. 8-11 классы / А.Д. Микитюк. - М.: Изд. «Экзамен», 2009. (с.67)
2. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. - М.: АСТ: Астрель, 2007. (§22)
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§5)
4. Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с.54-55)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003. (с.70-77)
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) ().
2. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (интерактивные задачи по теме) ().
3. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
1. №10.40 - 10.42 из «Сборника задач и упражнений по химии для средней школы» И.Г. Хомченко, 2-е изд., 2008 г.
2. Участие в реакции простых веществ - верный признак окислительно-восстановительной реакции. Объясните почему. Напишите уравнения реакций соединения, замещения и разложения с участием кислорода О 2 .
Урок в 9 классе по теме:
«ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (ОВР)»
ТДЦ
Воспитывающая: создать условия для воспитания активности и самостоятельности при изучении данной темы, а также умения работать в группе, умения слушать своих одноклассников.
Развивающая: продолжить развитие логического мышления, умений наблюдать, анализировать и сравнивать, находить причинно-следственные связи, делать выводы, работать с алгоритмами, формировать интерес к предмету.
Обучающая :
- закрепить понятия “степень окисления”, процессы “окисления”, “восстановления”;
- закрепить навыки в составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса;
- научить прогнозировать продукты окислительно-восстановительных реакций.
ХОД УРОКА:
- Организационный момент.
- Актуализация знаний.
- Какие правила определения степени атомов химических элементов вы знаете? (слайд 1)
- Выполните задание (слайд 2)
- Выполните самопроверку (слайд 3)
- Изучение нового материала.
- Выполните задание (слайд 4)
Определите, что происходит со степенью окисления серы при следующих переходах:
А) H 2 S → SO 2 → SO 3
Б) SO 2 → H 2 SO 3 → Na 2 SO 3
Какой можно сделать вывод после выполнения второй генетической цепочки?
На какие группы можно классифицировать химические реакции по изменения степени окисления атомов химических элементов?
- Проверяем (слайд 5).
- Делаем вывод: По изменению степени окисления атомов химических элементов, участвующих в химической реакции различают реакций – с изменением СО и без изменения СО.
- Итак, обозначим тему урока ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (ОВР).
- Записываем определение
ОВР – реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов,
Входящих в состав реагирующих веществ
- Попробуем разобраться – в чём особенность процессов окисления и восстановления элементов при образовании ионной связи, на примере молекулы фторида натрия?
Внимательно рассмотрите схему и ответьте на вопросы:
- Что можно сказать о завершённости внешнего уровня атомов фтора и натрия?
- Какому атому легче принять, а какому легче отдать валентные электроны с целью завершения внешнего уровня?
- Как можно сформулировать определение окисления и восстановления?
Атому натрия до завершения своего внешнего уровня легче отдать один электрон (чем принимать 7 ē до восьми, т.е. до завершения) , поэтому он отдаёт свой валентный электрон атому фтора и помогает ему завершить его внешний уровень, при этом, он – восстановитель, окисляется и повышает свою СО. Атому фтора, как более электроотрицательному элементу легче принять 1 электрон для завершения своего внешнего уровня, он забирает электрон натрия, при этом восстанавливается, понижает свою СО и является окислителем.
«Окислитель как отъявленный злодей
Как пират, бандит, агрессор, Бармалей
Отнимает электроны - и ОК!
Потерпев урон, восстановитель
Восклицает: «Вот я, помогите!
Электроны мне мои верните!»
Но никто не помогает и ущерб
Не возмещает…»
- Записываем определения
Процесс отдачи электронов атомом, называется окислением.
Атом, отдающий электроны и повышающий свою степень окисления, окисляется и называется восстановителем.
Процесс принятия электронов атомом, называется восстановлением.
Атом, принимающий электроны и понижающий свою степень окисления, восстанавливается и называется окислителем.
- РАССТАНОВКА КОЭФФИЦИЕНТОВ В ОВР МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА
Многие химические реакции уравниваются простым подбором коэффициентов.
Но в уравнениях окислительно-восстановительных реакций иногда возникают сложности. Для расстановки коэффициентов используют метод электронного баланса.
Предлагаю вам просмотреть АНИМАЦИЮ
Изучите алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса (приложение 1).
- Закрепление
Расставьте коэффициенты в УХР
Al 2 O 3 +H 2 =H 2 O+Al методом электронного баланса, укажите процессы окисления (восстановления), окислитель (восстановитель), выполните самопроверку.
- Рефлексия
Ответьте на вопросы в таблице «Вопросы к ученику» (приложение 2).
- Подведение итогов урока. ДЗ
- Комментированное выставление оценок.
- Домашнее задание: выполните тест с самопроверкой (приложение 3)
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Правила вычисления степени окисления (СО) элементов:
Определите степени окисления атомов химических элементов по формулам их соединений: H 2 S, O 2 , NH 3 , HNO 3 , Fe, K 2 Cr 2 O 7 Выполните задание
1 -2 0 -3 +1 +1 +5 -2 H 2 S O 2 NH 3 HNO 3 0 +1 +7 -2 Fe K 2 Cr 2 O 7 Выполните самопроверку
Определите, что происходит со степенью окисления серы при следующих переходах: А) H 2 S → SO 2 → SO 3 Б) SO 2 → H 2 SO 3 → Na 2 SO 3 Какой можно сделать вывод после выполнения второй генетической цепочки? На какие группы можно классифицировать химические реакции по изменения степени окисления атомов химических элементов? Выполните задание
А) H 2 S -2 → S +4 O 2 → S +6 O 3 Б) S +4 O 2 → H 2 S +4 O 3 → Na 2 S +4 O 3 В первой цепочке превращений сера повышает свою СО от (-2) до (+6). Во второй цепочке степень окисления серы не меняется. Проверяем
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих Запишем определение
Образование ионной связи, на примере молекулы фторида натрия
Что можно сказать о завершённости внешнего уровня атомов фтора и натрия? Какому атому легче принять, а какому легче отдать валентные электроны с целью завершения внешнего уровня? Как можно сформулировать определение окисления и восстановления? Ответьте на вопросы
Окисление – процесс отдачи электронов атомом. Окислитель – атом, принимающий электроны и понижающий свою степень окисления, в процессе реакции – восстанавливается. Восстановитель – атом, отдающий электроны и повышающий свою степень окисления, в процессе реакции – окисляется. Восстановление – процесс принятия электронов атомом. Запишем определения
1. Посмотрите анимацию. 2. Изучите алгоритм составления уравнений ОВР методом электронного баланса (в папке). РАССТАНОВКА КОЭФФИЦИЕНТОВ В ОВР МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА
Расставьте коэффициенты в УХР Al 2 O 3 + H 2 = H 2 O + Al методом электронного баланса, укажите процессы окисления (восстановления), окислитель (восстановитель), выполните самопроверку. Закрепление
Ответьте на вопросы в таблице «Вопросы к ученику». Рефлексия
Предварительный просмотр:
Приложение 2
Вопросы к ученику
Дата___________________Класс______________________
Постарайся точно вспомнить то, что слышал на уроке и ответь на поставленные вопросы:
№ п/п | Вопросы | Ответы |
Какова была тема урока? | ||
Какая цель стояла перед тобой на уроке? | ||
Как работали на уроке твои одноклассники? | ||
Как работал ты на уроке? | ||
Сегодня я узнал… | ||
Я удивился… | ||
Теперь я умею… | ||
Я хотел бы… |
Предварительный просмотр:
Приложение 3
Тест по теме «ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ»
Часть «А» - выберите один вариант ответа из предложенных
1. Окислительно-восстановительными реакциями называются
А) Реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ;
Б) Реакции, которые протекают без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ;
В) Реакции между сложными веществами, которые обмениваются своими составными частями
2. Окислитель – это …
А) Атом, который отдаёт электроны и понижает свою степень окисления;
Б) Атом, который принимает электроны и понижает свою степень окисления;
В) Атом, который принимает электроны и повышает свою степень окисления;
Г) Атом, который отдаёт электроны и повышает свою степень окисления
3. Процесс восстановления – это процесс…
А) Отдачи электронов;
Б) Принятия электронов;
В) Повышения степени окисления атома
4. Данное вещество является только окислителем
А) H 2 S; Б) H 2 SO 4 ; В) Na 2 SO 3 ; Г) SO 2
5. Данное вещество является только восстановителем
А) NH 3 ; Б) HNO 3 ; В) NO 2 ; Г) HNO 2
Часть «Б» - установите соответствие (Например, А – 2)
1. Установите соответствие между полуреакцией и названием процесса
2. Установите соответствие между уравнением химической реакции и её типом
А) 2H 2 +O 2 =2H 2 O | 1) Разложения, ОВР |
Б) 2CuO=2Cu+O 2 | 2) Соединения, не ОВР |
В) Na 2 O+2HCl=2NaCl+H 2 O | 3) Обмена, не ОВР |
Г) 4HNO 3 =4NO 2 +2H 2 O+O 2 | 4) Соединения, ОВР |
3. Установите соответствие между атомом фосфора в формуле вещества и его окислительно-восстановительными свойствами, которые он может проявлять
Часть «С» - решите задание
Из предложенных реакций выберите только ОВР, определите степени окисления атомов, укажите окислитель, восстановитель, процессы окисления и восстановления, расставьте коэффициенты методом электронного баланса:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 +H 2 O
Na + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 +H 2
9.1. Какие бывают химические реакции
Вспомним, что химическими реакциями мы называем любые химические явления природы. При химической реакции происходит разрыв одних и образование других химических связей. В результате реакции из одних химических веществ получаются другие вещества (см. гл. 1).
Выполняя домашнее задание к § 2.5, вы познакомились с традиционным выделением из всего множества химических превращений реакций четырех основных типов, тогда же вы предложили и их названия: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.
Примеры реакций соединения:
C + O 2 = CO 2 ; (1)
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 ; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3 . (3)
Примеры реакций разложения:
2Ag 2 O 4Ag + O 2 ; (4)
CaCO 3
CaO + CO 2 ; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 +
4H 2 O . (6)
Примеры реакций замещения:
CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu ; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2 ; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 . (9)
| Реакции обмена – химические реакции, в которых исходные вещества как бы обмениваются своими составными частями. |
Примеры реакций обмена:
Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O;
(10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2 ; (11)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3 . (12)
Традиционная классификация
химических реакций не охватывает все их
разнообразие – кроме реакций четырех основных
типов существует еще и множество более сложных
реакций.
Выделение двух других типов химических реакций
основано на участии в них двух важнейших
нехимических частиц: электрона и протона.
При протекании некоторых реакций происходит
полная или частичная передача электронов от
одних атомов к другим. При этом степени окисления
атомов элементов, входящих в состав исходных
веществ, изменяются; из приведенных примеров это
реакции 1, 4, 6, 7 и 8. Эти реакции называются окислительно-восстановительными
.
В другой группе реакций от одной реагирующей частицы к другой переходит ион водорода (Н +), то есть протон. Такие реакции называют кислотно-основными реакциями или реакциями с передачей протона .
Среди приведенных примеров такими реакциями являются реакции 3, 10 и 11. По аналогии с этими реакциями окислительно-восстановительные реакции иногда называют реакциями с передачей электрона . С ОВР вы познакомитесь в § 2, а с КОР – в следующих главах.
РЕАКЦИИ СОЕДИНЕНИЯ,
РЕАКЦИИ РАЗЛОЖЕНИЯ, РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ, РЕАКЦИИ
ОБМЕНА, ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ,
КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ.
Составьте
уравнения реакций, соответствующих следующим
схемам:
а) HgO Hg + O 2 (t
); б) Li 2 O
+ SO 2
Li 2 SO 3 ; в) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O (t
);
г) Al + I 2 AlI 3 ; д) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; е) Mg + H 3 PO 4
Мg 3 (PO 4) 2
+ H 2 ;
ж) Al + O 2 Al 2 O 3 (t
); и) KClO 3
+ P P 2 O 5
+ KCl (t
); к) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
л) Fe + Cl 2 FeCl 3 (t
); м) NH 3 + O 2 N 2 +
H 2 O (t
); н) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Укажите традиционный тип реакции. Отметьте
окислительно-восстановительные и
кислотно-основные реакции. В
окислительно-восстановительных реакциях
укажите, атомы каких элементов меняют свои
степени окисления.
9.2. Окислительно-восстановительные реакции
Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в доменных печах при промышленном получении железа (точнее, чугуна) из железной руды:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 .
Определим степени окисления атомов, входящих в состав как исходных веществ, так и продуктов реакции
| Fe 2 O 3 | + | = | 2Fe | + |
Как видите, степень окисления атомов углерода в результате реакции увеличилась, степень окисления атомов железа уменьшилась, а степень окисления атомов кислорода осталась неизменной. Следовательно, атомы углерода в этой реакции подверглись окислению, то есть потеряли электроны (окислились ), а атомы железа – восстановлению, то есть присоединили электроны (восстановились ) (см. § 7.16). Для характеристики ОВР используют понятия окислитель и восстановитель .
Таким образом, в нашей реакции атомами-окислителями являются атомы железа, а атомами-восстановителями – атомы углерода.
В нашей реакции веществом-окислителем
является оксид железа(III), а
веществом-восстановителем – оксид углерода(II).
В тех случаях, когда атомы-окислители и
атомы-восстановители входят в состав одного и
того же вещества (пример: реакция 6 из предыдущего
параграфа), понятия " вещество-окислитель" и
" вещество-восстановитель" не используются.
Таким образом, типичными окислителями являются
вещества, в состав которых входят атомы, склонные
присоединять электроны (полностью или частично),
понижая свою степень окисления. Из простых
веществ это прежде всего галогены и кислород, в
меньшей степени сера и азот. Из сложных веществ –
вещества, в состав которых входят атомы в высших
степенях окисления, не склонные в этих степенях
окисления образовывать простые ионы: HNO 3 (N +V),
KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3
(Cl +V), KClO 4 (Cl +VII) и др.
Типичными восстановителями являются вещества, в
состав которых входят атомы, склонные полностью
или частично отдавать электроны, повышая свою
степень окисления. Из простых веществ это
водород, щелочные и щелочноземельные металлы, а
также алюминий. Из сложных веществ – H 2 S и
сульфиды (S –II), SO 2 и сульфиты (S +IV),
йодиды (I –I), CO (C +II), NH 3 (N –III)
и др.
В общем случае почти все сложные и многие простые
вещества могут проявлять как окислительные, так
и восстановительные свойства. Например:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 –
сильный восстановитель);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2 – слабый
окислитель);
C + O 2 = CO 2 (t) (C – восстановитель);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (С – окислитель).
Вернемся к реакции, разобранной нами в начале
этого параграфа.
| Fe 2 O 3 | + | = | 2Fe | + |
Обратите внимание, что в результате реакции атомы-окислители (Fe +III) превратились в атомы-восстановители (Fe 0), а атомы-восстановители (C +II) превратились в атомы-окислители (C +IV). Но CO 2 в любых условиях очень слабый окислитель, а железо, хоть и является восстановителем, но в данных условиях значительно более слабым, чем CO. Поэтому продукты реакции не реагируют друг с другом, и обратная реакция не протекает. Приведенный пример является иллюстрацией общего принципа, определяющего направление протекания ОВР:
Окислительно-восстановительные реакции протекают в направлении образования более слабого окислителя и более слабого восстановителя.
Окислительно-восстановительные
свойства веществ можно сравнивать только в
одинаковых условиях. В некоторых случаях это
сравнение может быть проведено количественно.
Выполняя домашнее задание к первому параграфу
этой главы, вы убедились, что подобрать
коэффициенты в некоторых уравнениях реакций
(особенно ОВР) довольно сложно. Для упрощения
этой задачи в случае
окислительно-восстановительных реакций
используют следующие два метода:
а) метод электронного баланса
и
б) метод электронно-ионного баланса
.
Метод электронного баланса вы изучите сейчас, а
метод электронно-ионного баланса обычно
изучается в высших учебных заведениях.
Оба эти метода основаны на том, что электроны в
химических реакциях никуда не исчезают и
ниоткуда не появляются, то есть число принятых
атомами электронов равно числу электронов,
отданных другими атомами.
Число отданных и принятых электронов в методе
электронного баланса определяется по изменению
степени окисления атомов. При использовании
этого метода необходимо знать состав как
исходных веществ, так и продуктов реакции.
Рассмотрим применение метода электронного
баланса на примерах.
Пример 1. Составим уравнение реакции железа с хлором. Известно, что продуктом такой реакции является хлорид железа(III). Запишем схему реакции:
Fe + Cl 2 FeCl 3 .
Определим степени окисления атомов всех элементов, входящих в состав веществ, участвующих в реакции:
Атомы железа отдают электроны, а
молекулы хлора их принимают. Выразим эти
процессы электронными уравнениями
:
Fe – 3e
– = Fe +III ,
Cl 2 + 2e –
= 2Cl –I .
Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, надо первое электронное уравнение умножить на два, а второе – на три:
| Fe – 3e
– = Fe +III , Cl 2 + 2e – = 2Cl –I |
2Fe – 6e
– = 2Fe +III , 3Cl 2 + 6e – = 6Cl –I . |
Введя коэффициенты 2 и 3 в схему
реакции, получаем уравнение реакции:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 .
Пример 2. Составим уравнение реакции горения белого фосфора в избытке хлора. Известно, что в этих условиях образуется хлорид фосфора(V):
| +V –I | ||||
| P 4 | + | Cl 2 | PCl 5 . |
Молекулы белого фосфора отдают электроны (окисляются), а молекулы хлора их принимают (восстанавливаются):
| P 4 – 20e
– = 4P +V Cl 2 + 2e – = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P 4 – 20e
– = 4P +V Cl 2 + 2e – = 2Cl –I |
P 4 – 20e
– = 4P +V 10Cl 2 + 20e – = 20Cl –I |
Полученные первоначально множители (2 и 20) имели общий делитель, на который (как будущие коэффициенты в уравнении реакции) и были разделены. Уравнение реакции:
P 4 + 10Cl 2 = 4PCl 5 .
Пример 3. Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге сульфида железа(II) в кислороде.
Схема реакции:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O 2 | + |
В этом случае окисляются и атомы
железа(II), и атомы серы(– II). В состав сульфида
железа(II) атомы этих элементов входят в отношении
1:1 (см. индексы в простейшей формуле).
Электронный баланс:
| 4 | Fe +II – e
– = Fe +III S –II – 6e – = S +IV |
Всего отдают 7е – |
| 7 | O 2 + 4e – = 2O –II |
Уравнение реакции: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 .
Пример 4 . Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге дисульфида железа(II) (пирита) в кислороде.
Схема реакции:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O 2 | + |
Как и в предыдущем примере, здесь тоже окисляются и атомы железа(II), и атомы серы, но со степенью окисления – I. В состав пирита атомы этих элементов входят в отношении 1:2 (см. индексы в простейшей формуле). Именно в этом отношении атомы железа и серы вступают в реакцию, что и учитывается при составлении электронного баланса:
| Fe +III – e
– = Fe +III 2S –I – 10e – = 2S +IV |
Всего отдают 11е – | |
| O 2 + 4e – = 2O –II |
Уравнение реакции: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 .
Встречаются и более сложные случаи ОВР, с некоторыми из них вы познакомитесь, выполняя домашнее задание.
АТОМ-ОКИСЛИТЕЛЬ,
АТОМ-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, ВЕЩЕСТВО-ОКИСЛИТЕЛЬ,
ВЕЩЕСТВО-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО
БАЛАНСА, ЭЛЕКТРОННЫЕ УРАВНЕНИЯ.
1.Составьте
электронный баланс к каждому уравнению ОВР,
приведенному в тексте § 1 этой главы.
2.Составьте уравнения ОВР, обнаруженных вами при
выполнении задания к § 1 этой главы. На этот раз
для расстановки коэффициентов используйте метод
электронного баланса. 3.Используя метод
электронного баланса, составьте уравнения
реакций, соответствующие следующим схемам: а) Na + I 2
NaI;
б) Na + O 2 Na 2 O 2 ;
в) Na 2 O 2 + Na Na 2 O;
г) Al + Br 2 AlBr 3 ;
д) Fe + O 2 Fe 3 O 4 (t
);
е) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O (t
);
ж) FeO + O 2 Fe 2 O 3 (t
);
и) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 (t
);
к) Cr + O 2 Cr 2 O 3 (t
);
л) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2
(t
);
м) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
н) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O (t
);
п) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 (t
)
р) PbO 2 + CO Pb + CO 2 (t
);
с) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 (t
);
т) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 (t
);
у) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O (t
).
9.3. Экзотермические реакции. Энтальпия
Почему происходят химические реакции?
Для ответа на этот вопрос вспомним, почему
отдельные атомы объединяются в молекулы, почему
из изолированных ионов образуется ионный
кристалл, почему при образовании электронной
оболочки атома действует принцип наименьшей
энергии. Ответ на все эти вопросы один и тот же:
потому, что это энергетически выгодно. Это
значит, что при протекании таких процессов
выделяется энергия. Казалось бы, что и химические
реакции должны протекать по этой же причине.
Действительно, можно провести множество реакций,
при протекании которых выделяется энергия.
Энергия выделяется, как правило, в виде теплоты.
Если при экзотермической реакции
теплота не успевает отводиться, то реакционная
система нагревается.
Например, в реакции горения метана
СН 4(г) + 2О 2(г) = СО 2(г) + 2Н 2 О (г)
выделяется столько теплоты, что метан
используется как топливо.
Тот факт, что в этой реакции выделяется теплота,
можно отразить в уравнении реакции:
СН 4(г) + 2О 2(г) = СО 2(г) + 2Н 2 О (г) + Q.
Это так называемое термохимическое
уравнение
. Здесь символ "+Q
" означает,
что при сжигании метана выделяется теплота. Эта
теплота называется тепловым эффектом реакции
.
Откуда же берется выделяющаяся теплота?
Вы знаете, что при химических реакциях рвутся и
образуются химические связи. В данном случае
рвутся связи между атомами углерода и водорода в
молекулах СН 4 , а также между атомами
кислорода в молекулах О 2 . При этом
образуются новые связи: между атомами углерода и
кислорода в молекулах СО 2 и между атомами
кислорода и водорода в молекулах Н 2 О. Для
разрыва связей нужно затратить энергию (см.
"энергия связи" , "энергия атомизации"),
а при образовании связей энергия выделяется.
Очевидно, что, если "новые" связи более
прочные, чем "старые" , то энергии выделится
больше, чем поглотится. Разность между
выделившейся и поглощенной энергией и
составляет тепловой эффект реакции.
Тепловой эффект (количество теплоты) измеряется
в килоджоулях, например:
2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж.
Такая запись означает, что 484 килоджоуля теплоты выделится, если два моля водорода прореагируют с одним молем кислорода и при этом образуется два моля газообразной воды (водяного пара).
Таким образом, в термохимических уравнениях коэффициенты численно равны количествам вещества реагентов и продуктов реакции .
От чего зависит тепловой эффект каждой
конкретной реакции?
Тепловой эффект реакции зависит
а) от агрегатных состояний исходных веществ и
продуктов реакции,
б) от температуры и
в) от того, происходит ли химическое превращение
при постоянном объеме или при постоянном
давлении.
Зависимость теплового эффекта реакции от
агрегатного состояния веществ связана с тем, что
процессы перехода из одного агрегатного
состояния в другое (как и некоторые другие
физические процессы) сопровождаются выделением
или поглощением теплоты. Это также может быть
выражено термохимическим уравнением. Пример –
термохимическое уравнение конденсации водяного
пара:
Н 2 О (г) = Н 2 О (ж) + Q.
В термохимических уравнениях, а при
необходимости и в обычных химических уравнениях,
агрегатные состояния веществ указываются с
помощью буквенных индексов:
(г) – газ,
(ж) – жидкость,
(т) или (кр) – твердое или кристаллическое
вещество.
Зависимость теплового эффекта от температуры
связана с различиями в теплоемкостях
исходных
веществ и продуктов реакции.
Так как в результате экзотермической реакции при
постоянном давлении всегда увеличивается объем
системы, то часть энергии уходит на совершение
работы по увеличению объема, и выделяющаяся
теплота будет меньше, чем в случае протекания той
же реакции при постоянном объеме.
Тепловые эффекты реакций обычно рассчитывают
для реакций, протекающих при постоянном объеме
при 25 ° С и обозначают символом Q
o .
Если энергия выделяется только в виде теплоты, а
химическая реакция протекает при постоянном
объеме, то тепловой эффект реакции (Q V
)
равен изменению внутренней энергии
(D U
)
веществ-участников реакции, но с противоположным
знаком:
Q V = – U .
Под внутренней энергией тела понимают суммарную энергию межмолекулярных взаимодействий, химических связей, энергию ионизации всех электронов, энергию связей нуклонов в ядрах и все прочие известные и неизвестные виды энергии, " запасенные" этим телом. Знак " – " обусловлен тем, что при выделении теплоты внутренняя энергия уменьшается. То есть
U = – Q V .
Если же реакция протекает при постоянном давлении, то объем системы может изменяться. На совершение работы по увеличению объема также уходит часть внутренней энергии. В этом случае
U = – (Q P + A ) = –(Q P + P V ),
где Q p – тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении. Отсюда
Q P = – U – P V .
Величина, равная U + P V получила название изменение энтальпии и обозначается D H .
H = U + P V .
Следовательно
Q P = – H .
Таким образом, при выделении теплоты
энтальпия системы уменьшается. Отсюда старое
название этой величины: " теплосодержание" .
В отличие от теплового эффекта, изменение
энтальпии характеризует реакцию независимо от
того, протекает она при постоянном объеме или
постоянном давлении. Термохимические уравнения,
записанные с использованием изменения
энтальпии, называются термохимическими
уравнениями в термодинамической форме
. При
этом приводится значение изменения энтальпии в
стандартных условиях (25 °С, 101,3 кПа), обозначаемое H о
. Например:
2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) H о
= – 484 кДж;
CaO (кр) + H 2 O (ж) = Сa(OH) 2(кр) H о
= – 65 кДж.
Зависимость количества теплоты, выделяющейся в реакции (Q ) от теплового эффекта реакции (Q o) и количества вещества (n Б) одного из участников реакции (вещества Б – исходного вещества или продукта реакции) выражается уравнением:
Здесь Б – количество вещества Б, задаваемое коэффициентом перед формулой вещества Б в термохимическом уравнении.
Задача
Определите количество вещества водорода, сгоревшего в кислороде, если при этом выделилось 1694 кДж теплоты.
Решение
2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж. |
|
|
Q = 1694 кДж,
6.Тепловой эффект реакции взаимодействия
кристаллического алюминия с газообразным хлором
равен 1408 кДж. Запишите термохимическое уравнение
этой реакции и определите массу алюминия,
необходимого для получения 2816 кДж теплоты с
использованием этой реакции. 9.4. Эндотермические реакции. Энтропия Кроме экзотермических реакций возможны реакции, при протекании которых теплота поглощается, и, если ее не подводить, то реакционная система охлаждается. Такие реакции называют эндотермическими . Тепловой эффект таких реакций
отрицательный. Например: Таким образом, энергия, выделяющаяся
при образовании связей в продуктах этих и им
подобных реакций, меньше, чем энергия,
необходимая для разрыва связей в исходных
веществах.
Возьмем две колбы и заполним одну из
них азотом (бесцветный газ), а другую – диоксидом
азота (бурый газ) так, чтобы и давление, и
температура в колбах были одинаковыми. Известно,
что эти вещества между собой не вступают в
химическую реакцию. Герметично соединим колбы
горлышками и установим их вертикально, так, чтобы
колба с более тяжелым диоксидом азота была внизу
(рис. 9.1). Через некоторое время мы увидим, что
бурый диоксид азота постепенно распространяется
в верхнюю колбу, а бесцветный азот проникает в
нижнюю. В результате газы смешиваются, и окраска
содержимого колб становится одинаковой. Таким образом,
Уравнения связи между энтропией (S
)
и другими величинами изучаются в курсах физики и
физической химии. Единица измерений энтропии [S
]
= 1 Дж/К. G = H – T S Условие самопроизвольного протекания реакции: G < 0. При низких температурах фактором, определяющим возможность протекания реакции в большей степени является энергетический фактор, а при высокой – энтропийный. Из приведенного уравнения, в частности, видно, почему не протекающие при комнатной температуре реакции разложения (энтропия увеличивается) начинают идти при повышенной температуре. ЭНДОТЕРМИЧЕСКАЯ
РЕАКЦИЯ, ЭНТРОПИЯ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКТОР,
ЭНТРОПИЙНЫЙ ФАКТОР, ЭНЕРГИЯ ГИББСА.
2CuO (кр) + C (графит) = 2Cu (кр) + CO 2(г) составляет –46 кДж. Запишите
термохимическое уравнение и рассчитайте, какую
энергию нужно затратить для получения 1 кг меди
по такой реакции. CaCO 3(кр) = CaO (кр) + CO 2(г) – 179кДж образовалось 24,6 л углекислого газа.
Определите, какое количество теплоты было
израсходовано бесполезно. Сколько граммов
оксида кальция при этом образовалось? |
