Раздел «Закономерности реакций» в спецификации НЦТ

Окислительно-восстановительные реакции. Электролиз

Главное по теме

Степень окисления: у простых веществ 0, у кислорода обычно -2 (в пероксидах -1), у водорода +1 (в гидридах металлов -1), сумма степеней в молекуле 0, в ионе равна его заряду.
Восстановитель отдаёт электроны и окисляется. Окислитель принимает электроны и восстанавливается. Число отданных электронов равно числу принятых.
Сильные окислители: KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃, концентрированная H₂SO₄, галогены, O₂. Сильные восстановители: активные металлы, H₂, C, CO, H₂S, I⁻.
KMnO₄ как окислитель: в кислой среде до Mn²⁺, в нейтральной до MnO₂, в щелочной до K₂MnO₄ (Mn⁺⁶).
Типы ОВР: межмолекулярные, внутримолекулярные (2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂), диспропорционирование (Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O).
Электролиз: катод (минус) - восстановление катионов, анод (плюс) - окисление анионов. Электролиз расплава NaCl: 2NaCl = 2Na + Cl₂.
На катоде из раствора: ионы активных металлов (от Li до Al включительно) не восстанавливаются, выделяется H₂; ионы металлов после водорода (Cu, Ag) восстанавливаются до металла.
На аноде из раствора: бескислородные анионы (Cl⁻, Br⁻, S²⁻) окисляются сами, кислородсодержащие (SO₄²⁻, NO₃⁻) и F⁻ нет, окисляется вода с выделением O₂.
Закон Фарадея: m = M · I · tn · F, где F = 96500 Кл/моль, n - число электронов на один ион.

Задания с разбором

1.Найди степень окисления серы в сернистой кислоте H₂SO₃.

1Водород +1, кислород −2, сумма равна 0.
22·(+1) + x + 3·(−2) = 0.
3x = +4.

Ответ: +4

2.Расставь коэффициенты: Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂.

1Fe: +3 → 0, принимает 3 электрона на атом, у двух атомов 6. C: +2 → +4, отдаёт 2 электрона.
2НОК = 6: на 1 молекулу Fe₂O₃ нужно 3 молекулы CO.
3Получаем 2 атома Fe и 3 молекулы CO₂.

Ответ: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

3.При электролизе водного раствора KCl на катоде выделилось 2,24 л H₂ (н. у.). Какой объём хлора выделился на аноде?

1Калий активный металл, в растворе на катоде восстанавливается вода: выделяется H₂, а не K (ловушка).
2Суммарно 2KCl + 2H₂O → 2KOH + H₂ + Cl₂, водорода и хлора поровну.
3Значит Cl₂ тоже 2,24 л.

Ответ: 2,24 л

Где теряют баллы

Степени окисления и окислительно-восстановительные реакции
Ловушка: Окислитель путают с окисляющимся; забывают, что сумма степеней окисления в ионе равна его заряду.
Как решать: Окислитель принимает электроны и понижает степень окисления, восстановитель отдаёт и повышает. Кислород почти всегда −2, водород +1.
Электролиз: продукты и расчёт
Ловушка: При электролизе раствора активного металла (Na, K) на катоде ищут металл, а там водород.
Как решать: Расплав: на катоде металл. Раствор: металлы активнее алюминия не выделяются, идёт H₂. На аноде галоген, для сульфатов и нитратов O₂.

Объяснение простыми словами

Когда железный гвоздь ржавеет, а в костре горят дрова, происходит одно и то же в химическом смысле: одни атомы отдают электроны, другие их принимают. Такие реакции называются окислительно-восстановительными, сокращённо ОВР. Чтобы с ними работать, нужно уметь считать степень окисления: условный заряд атома в соединении, как будто все связи ионные.

Правила простые. У простых веществ (Fe, O₂, Cl₂) степень окисления 0. У металлов главных подгрупп в соединениях она равна номеру группы: Na +1, Mg +2, Al +3. У фтора всегда -1. У кислорода обычно -2, но в пероксидах (H₂O₂) -1. У водорода +1, но в гидридах металлов (NaH) -1. Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю, а в ионе равна его заряду. Например, в K₂Cr₂O₇: 2 · (+1) + 2x + 7 · (-2) = 0, откуда 2x = 12, x = +6. В сульфат-ионе SO₄²⁻: x + 4 · (-2) = -2, x = +6.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Степень окисления: Условный заряд атома в соединении, если считать все связи ионными.
Окисление: Процесс отдачи электронов, при котором степень окисления растёт.
Восстановление: Процесс принятия электронов, при котором степень окисления уменьшается.
Окислитель: Частица, которая принимает электроны и сама восстанавливается.
Восстановитель: Частица, которая отдаёт электроны и сама окисляется.
Электронный баланс: Метод расстановки коэффициентов, при котором число отданных электронов равно числу принятых.
Межмолекулярная ОВР: Реакция, в которой окислитель и восстановитель находятся в разных веществах.
Внутримолекулярная ОВР: Реакция, в которой окислитель и восстановитель находятся в одном веществе, например при разложении KMnO₄.
Диспропорционирование: Реакция, в которой один и тот же элемент одновременно и повышает, и понижает степень окисления.
Конпропорционирование: Реакция, в которой атомы одного элемента из высшей и низшей степеней окисления приходят к промежуточной.
Пероксид: Соединение с группой O-O, где кислород имеет степень окисления -1, например H₂O₂, Na₂O₂.
Электролиз: Окислительно-восстановительный процесс на электродах под действием постоянного электрического тока.
Электролит: Вещество, раствор или расплав которого проводит ток за счёт ионов.
Катод: Отрицательный электрод, на котором идёт восстановление.
Анод: Положительный электрод, на котором идёт окисление.
Инертный электрод: Электрод из графита или платины, который сам не растворяется при электролизе.
Электролиз расплава: Разложение расплавленного вещества током; так получают активные металлы (Na, Al) без участия воды.
Электролиз раствора: Электролиз с участием воды, которая тоже может разряжаться на электродах.
Число Фарадея: Заряд одного моля электронов, около 96500 Кл/моль.
Гальванический элемент: Устройство, в котором ОВР даёт электрический ток; противоположность электролизу.

Все темы: Химия