1. Окислительно-восстановительные реакции: основы
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, за счет переноса электронов.
Вещество, атомы или ионы которого принимают электроны. Степень окисления окислителя понижается. Окислителем может быть атом в максимальной или промежуточной степени окисления.
В реакции: FeO + HNO₃ → ...
Окислитель: HNO₃ (N⁺⁵ → N⁺⁴)
Вещество, атомы или ионы которого отдают электроны. Степень окисления восстановителя повышается. Восстановителем может быть атом в минимальной или промежуточной степени окисления.
В реакции: FeO + HNO₃ → ...
Восстановитель: FeO (Fe⁺² → Fe⁺³)
Ключевое правило: количество электронов, отданных восстановителем, равно количеству электронов, принятых окислителем. Это основа метода электронного баланса.
2. Типичные окислители и восстановители в неорганической химии
Знание списка типичных окислителей и восстановителей позволяет быстро определить возможность протекания ОВР и правильно выбрать вещества в задании №29 ЕГЭ.
| Типичные окислители | Типичные восстановители |
|---|---|
|
Простые вещества-неметаллы: F₂, O₂, Cl₂, Br₂. Соединения марганца: KMnO₄, K₂MnO₄, MnO₂ (Mn⁺⁷, Mn⁺⁶, Mn⁺⁴). Соединения хрома: K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄ (Cr⁺⁶). Кислоты-окислители: HNO₃ (конц. и разб.), H₂SO₄ (конц.). Соли и оксиды: KClO₃, KClO, PbO₂, Ag₂O. Катионы металлов: Fe³⁺, Cu²⁺, Au³⁺. Пероксид водорода (H₂O₂) — в кислой среде как окислитель. |
Простые вещества-металлы: все металлы, особенно активные (Li, Na, Mg, Al, Zn). Неметаллы: H₂, C, Si. Соединения с элементами в низших СО: H₂S, сульфиды (S⁻²), HI, йодиды (I⁻¹). Соединения с промежуточными СО: SO₂, сульфиты (S⁺⁴), NO, NO₂. Аммиак (NH₃), нитриты (NO₂⁻). Соли металлов в низших СО: Fe²⁺, Cr²⁺, Sn²⁺. Пероксид водорода (H₂O₂) — в щелочной среде как восстановитель. |
3. Влияние среды на продукты восстановления перманганатов и дихроматов
Одна из самых важных тем в ОВР — зависимость продуктов восстановления сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇) от кислотности среды. Это часто проверяют в задании №29.
Марганец в степени окисления +7. Фиолетовый раствор. Продукт восстановления зависит от среды:
Нейтральная среда: Mn⁺⁷ → Mn⁺⁴ (коричневый осадок MnO₂).
Щелочная среда (OH⁻): Mn⁺⁷ → Mn⁺⁶ (зеленый ион MnO₄²⁻).
Пример: восстановление KMnO₄ сульфитом калия (K₂SO₃).
Хром в степени окисления +6. Оранжевый раствор. Восстанавливается до Cr⁺³ в любой среде, но форма продукта разная:
Щелочная среда (OH⁻): Cr⁺⁶ → Cr⁺³ (комплексный ион [Cr(OH)₆]³⁻).
Пример: восстановление K₂Cr₂O₇ иодидом калия (KI) в кислой среде.
4. Метод полуреакций (ионно-электронный баланс)
Этот метод применяется для составления уравнений ОВР, протекающих в водных растворах. Он считается более точным, так как учитывает реальные ионные формы веществ и влияние среды.
Алгоритм метода полуреакций:
- Записать ионную схему реакции, расписав сильные электролиты на ионы.
- Выделить полуреакции окисления и восстановления, записав их в ионном виде.
- Уравнять атомы в каждой полуреакции (кроме O и H).
- Уравнять кислород и водород, добавляя H₂O, H⁺ (в кислой среде) или OH⁻ (в щелочной среде).
- Уравнять заряды, добавляя электроны (e⁻).
- Умножить полуреакции на коэффициенты, чтобы число отданных и принятых электронов совпало.
- Сложить полуреакции и сократить одинаковые ионы.
- Перейти к молекулярному уравнению, добавив недостающие ионы.
1. Ионная схема: SO₃²⁻ + MnO₄⁻ + H⁺ → ...
2. Полуреакции:
Окисление: SO₃²⁻ + H₂O → SO₄²⁻ + 2H⁺ + 2e⁻
Восстановление (кислая среда): MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
3. Уравниваем электроны: первая ×5, вторая ×2.
4. Складываем: 5SO₃²⁻ + 5H₂O + 2MnO₄⁻ + 16H⁺ → 5SO₄²⁻ + 10H⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O
5. Сокращаем: 5SO₃²⁻ + 2MnO₄⁻ + 6H⁺ → 5SO₄²⁻ + 2Mn²⁺ + 3H₂O
6. Молекулярное уравнение: 5K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O
Ответ: 5K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O
5. Реакции ионного обмена: основы и условия протекания
Реакции ионного обмена — это реакции в водных растворах электролитов (кислот, оснований, солей), в ходе которых реагирующие вещества обмениваются своими ионами без изменения степеней окисления.
Ключевое правило: реакции ионного обмена протекают до конца только в том случае, если в результате образуется:
Вещество, выпадающее в осадок (обозначается ↓), связывает ионы и выводит их из сферы реакции.
BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl
Образующийся газ (обозначается ↑) улетучивается из раствора.
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O
Образование малодиссоциирующего вещества, чаще всего воды.
H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O
Важно: Для реакций между двумя солями или солью и основанием, помимо образования осадка, необходимо, чтобы оба исходных вещества были растворимы. С кислотами это правило не действует — кислоты реагируют даже с нерастворимыми карбонатами.
6. Таблица растворимости основных солей, кислот и оснований
Чтобы определить, протекает ли реакция ионного обмена, необходимо знать растворимость веществ. Эта таблица поможет быстро сориентироваться.
| Класс веществ | Растворимые (сильные электролиты) | Нерастворимые или малорастворимые (слабые электролиты) |
|---|---|---|
| Кислоты | HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄ | H₂SiO₃, H₃PO₄ (средней силы), многие органические кислоты |
| Основания (щелочи) | NaOH, KOH, Ba(OH)₂, LiOH, Ca(OH)₂ (немного) | Большинство нерастворимы: Mg(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Cu(OH)₂ |
| Соли |
Нитраты (все) Ацетаты (все) Хлориды, бромиды, йодиды (кроме Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺) Сульфаты (кроме Ba²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺, Ca²⁺ — малорастворим) |
Карбонаты, фосфаты, силикаты (кроме Na⁺, K⁺, NH₄⁺) Сульфиды (кроме Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) Гидроксиды (кроме щелочей) |
7. Практикум: разбор задач на ионный обмен из ЕГЭ
Рассмотрим несколько типовых задач задания №30, которые охватывают различные нюансы составления ионных уравнений.
Молекулярное уравнение:
Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2KNO₃
Полное ионное уравнение:
Ba²⁺ + 2NO₃⁻ + 2K⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2K⁺ + 2NO₃⁻
Сокращенное ионное уравнение:
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓
Комментарий: Ионы K⁺ и NO₃⁻ являются ионами-наблюдателями, они не участвуют в процессе.
Молекулярное уравнение:
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O
Полное ионное уравнение:
2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + CO₂↑ + H₂O
Сокращенное ионное уравнение:
CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O
Комментарий: Это классическая реакция разложения карбоната кислотой с выделением углекислого газа.
Молекулярное уравнение:
Cu(OH)₂ + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O
Полное ионное уравнение:
Cu(OH)₂ + 2H⁺ + 2NO₃⁻ → Cu²⁺ + 2NO₃⁻ + 2H₂O
Сокращенное ионное уравнение:
Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O
Комментарий: Нерастворимое основание Cu(OH)₂ в ионном уравнении записывается в молекулярном виде.
Итоговый тест: 20 вопросов по теме «ОВР и ионный обмен»
Пройдите итоговый тест, чтобы оценить, насколько хорошо вы усвоили материал. Вопросы охватывают все аспекты темы — от основ до сложных нюансов.
Ваш результат
Проверенные курсы для системной подготовки к ЕГЭ по химии
Темы «ОВР» и «Ионный обмен» — основа для понимания всей химии. Чтобы отработать эти и другие темы на практике и разобрать сложные нюансы, рекомендуем обратиться к структурированным курсам от известных образовательных платформ.
Углубленные курсы по химии с разбором сложных тем, включая ОВР и ионный обмен. Преподаватели из МГУ и ведущих вузов. Подробный разбор задач ЕГЭ, в том числе на составление уравнений.
Перейти на сайт ФоксфордаСпециализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики, в том числе по решению задач на электронный баланс и составлению ионных уравнений.
Перейти на сайт СоткиИндивидуальные занятия с репетитором. Идеально, если нужно разобрать сложную тему «с нуля» или ликвидировать конкретные пробелы. Персональный подход к каждому ученику.
Перейти на сайт ТетрикиКрупная платформа с тысячами учеников. Все платежи проходят через официальные системы, предоставляется доступ в личный кабинет с учебными материалами по ОВР и ионному обмену.
Перейти на сайт УмскулОнлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплата, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по химии.
Перейти на сайт Учи.Дома