Тема 3. Енергетика хімічних реакцій. Хімічна кінетика. Окисно-відновні процеси

матеріал 11

Окисно-відновні реакції. Поняття окисник та відновник.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 44. Окисно-відновні реакції. Поняття окисник та відновник

Очікувані результати

виявляє самостійно або у співпраці з іншими невизначеність/протиріччя в інформації щодо ознак/будови/ властивостей об’єктів природи, умов виникнення, прояву і перебігу природних явищ [12 ПРО 1.1.1-1 П]
продукує самостійно або у співпраці з іншими ідеї щодо створення математичних/реальних/віртуальних моделей об’єктів і явищ [12 ПРО 1.4.1-1 П]
використовує самостійно або у співпраці з іншими здобуту інформацію для оцінювання природних і техногенних об’єктів, явищ і процесів, розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1-6 П]
пояснює самостійно або у співпраці з іншими явища і процеси, використовуючи наукову термінологію, враховує під час планування структури повідомлення/ доповіді потреби і запити аудиторії [12 ПРО 2.2.1-1 П]
пов’язує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різних формах, із реальними об’єктами і явищами [12 ПРО 2.2.2-1 П]
створює/розробляє самостійно або у співпраці з іншими медіапродукти на основі опрацьованої інформації, зокрема із використанням цифрових ресурсів, технологій і пристроїв [12 ПРО 2.2.2-3 П]
визначає самостійно або у співпраці з іншими властивості об’єктів, істотні ознаки явищ і процесів, необхідні для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 3.1.1-2 П]
визначає самостійно або у співпраці з іншими ознаки класифікації об’єктів і явищ [12 ПРО 3.2.1-1 П]
класифікує (розрізняє/ систематизує/упорядковує) самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за визначеними ознаками/властивостями [12 ПРО 3.2.1-2 П]
установлює самостійно або у співпраці з іншими причиново-наслідкові зв’язки між певними явищами і процесами та їх наслідками [12 ПРО 3.3.1-1 П]
виявляє взаємозв’язки у природі, необхідні для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 3.3.1-2 П]
прогнозує самостійно або у співпраці з іншими зміни об’єктів, явищ і процесів на основі базових знань про взаємозв’язки в природі і дослідницьких навичок [12 ПРО 3.3.1-4 П]

Мета уроку: навчитися визначати ступені окиснення хімічних елементів у складі речовин й на основі цього визначати окисно-відновні реакції, класифікувати хімічні реакції у залежності від типу перетворення реагентів (сполучення, розкладу, обміну, заміщення), знати приклади найпопулярніших окисників та відновників, уміти співставляти інформацію щодо ступеня окиснення і можливої ролі речовини в ОВР (окисник/відновник), розрізняти процеси окиснення та відновлення.

Очікувані результати для вчителя:

учні визначають ступінь окиснення хімічних елементів у простих і складних речовинах;
розрізняють процеси окиснення і відновлення;
розуміють визначення окисник та відновник і наводять приклади найпопулярніших окисників/відновників;
класифікують хімічні реакції на ОВР і без зміни ступеня окиснення; а також у залежності від типу перетворення реагентів;
обчислюють число електронів, що беруть участь у процесах окиснення/відновлення.

Очікувані результати для учнівства:

класифікує хімічні реакції за різними типами
визначає ступені окиснення хімічних елементів і орієнтується, які хімічні елементи в реакціях змінюють ступінь окиснення
розуміють поняття окисник/відновник
розрізняють процеси окиснення/відновлення
орієнтуються у найнижчому та найвищому ступені окиснення для хімічного елемента
обчислюють число електронів, що бере участь у процесах окиснення/відновлення

Ключові слова

окисно-відновна реакція
окиснення
відновлення
окисник
відновник

План уроку

Мотивація (6 хв.).
Окисно-відновні реакції (ОВР). Окисник, відновник (10 хв.).
Практикуємось (22 хв.).
Рефлексія (7 хв.).

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 6 хв.

Прикладом картини, в якій колір фарби змінився під дією окисно-відновних реакцій, є роботи художника Вінсента Ван Гога, наприклад, картина «Соняшники». Ця зміна кольору пов’язана з окисно-відновною реакцією. Художник використовував пігмент плюмбум(ІІ) хромат (PbCrO₄), який надавав фарбі насичений жовтий відтінок. Під впливом ультрафіолетового випромінювання (сонячного світла) та взаємодії з олійною основою фарби, хром (Cr) відновлювався, і його ступінь окиснення змінювався з +6 на +3.

Голландський художник Вінсент ван Гог при написанні картин часто використовув яскравий жовтий колір (пігмент PbCrO₄). Під впливом сонячного світла (ультрафіолетового випромінювання) із часом його картини тьмяніли (зокрема, колір змінювався на зеленуватий). Як ви думаєте за рахунок чого відбувались зміни кольору багатьох його картин?

2. Окисно-відновні реакції (ОВР). Окисник, відновник.

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

Можливо учні зможуть самостійно дати визначення, що таке ОВР, окисник, відновник (пригадавши матеріал попереднього уроку).

Також можна попросити учнів поміркувати, які б речовини вони навели як приклад сильних окисників. Яка саме проста речовина є найсильнішим окисником?

Окисно-відновні реакції (ОВР) – це реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення хімічних елементів.

Будь-яка ОВР складається із двох протилежних процесів – окиснення та відновлення:

відновник (окиснюється) ↔ окисник (відновлюється)

Окисник – це речовина, яка приймає електрони і при цьому відновлюється. Його ступінь окиснення знижується. Хімічні елементи у вищому ступені окиснення можуть виявляти лише окисні властивості.

Відновник – це речовина, яка віддає електрони і при цьому окиснюється. Його ступінь окиснення підвищується. Хімічні елементи у найнижчому ступені окиснення можуть виявляти лише відновні властивості.

Поміркуйте, якщо елемент перебуває у проміжному ступені окиснення, то в якій/яких ролях він може бути: окисник/відновник? Поясніть власну думку.

Досить часто користуються скороченою абревіатурою, що походить з англійської мови: Ox – oxidation (окиснення, втрата електронів); Red – reduction (відновлення, приєднання електронів).

Поміркуйте і поясніть чому ОВР називають редокс-реакціями?

Типи ОВР:

Міжмолекулярні ОВР – окисник та відновник містяться у складі різних молекул.
Внутрішньомолекулярні ОВР – окисник і відновник це різні елементи, що містяться у складі однієї речовини.
Реакції диспропорціонування (самовідновлення-самоокиснення) – елемент, який виявляє проміжний ступінь окиснення одночасно виступає в ролі окисника та відновника.

Найважливіші окисники: кисень, озон, галогени, неметали, нітратна кислота, сульфатна кислота, калій перманганат. Найсильніший окисник серед простих речовин – фтор.

Найважливіші відновники: водень, метали, вуглець, гідроген сульфід.

3. Практикуємось

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 22 хв.

Укажіть рівняння реакції, яка є ОВР:
- а) CaO + H₂O → Ca(OH)₂
- б) CaCl₂ + 2AgNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2AgCl↓
- в) CaCO₃ →^tCaO + CO₂↑
- г) Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑
- Для кожної із реакцій а)-г) вкажіть її тип: розкладу, сполучення, заміщення, обміну.
Установіть відповідність між схемою хімічної реакції та її типом:

1) Na₂O + SO₃ → Na₂SO₄	а) гідроліз
2) Al + AgNO₃ → Al(NO₃)₃+ Ag	б) розклад
3) KClO₃ → KCl + O₂	в) обмін
4) BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + NaCl	г) сполучення
	д) заміщення

Доберіть коефіцієнти до зазначених вище схем реакцій. Чи є серед наведених реакцій ОВР, обґрунтуйте власну думку.

Увідповідніть схему ОВР з її типом, визначте ступені окиснення елементів та доберіть коефіцієнти:

1) Fe + Cl₂ → FeCl₃	а) міжмолекулярна
2) NH₄NO₃ → N₂O + H₂O	б) диспропорціонування
3) H₂O₂ → H₂O + O₂	в) внутрішньомолекулярна

Укажіть найнижчий ступінь окиснення Брому:
- а) -2
- б) -1
- в) 0
- г) -7
Укажіть формулу речовини, яка в ОВР виступає лише як відновник:
- а) H₂S
- б) SO₂
- в) S
- г) SO₃
Укажіть формулу речовини, яка в ОВР виступає лише як окисник:
- а) MnS
- б) MnO₂
- в) Mn
- г) KMnO₄
Позначте назву процесу приєднання електронів:
- а) окиснення
- б) відновлення
- в) розкладу
- г) сполучення
Позначте назву процесу віддачі електронів:
- а) окиснення
- б) відновлення
- в) розкладу
- г) сполучення
Позначте назву частинки, що віддає електрон:
- а) окисник
- б) відновник
- в) катіон
- г) аніон
Позначте назву частинки, що приймає електрон:
- а) окисник
- б) відновник
- в) катіон
- г) аніон
Позначте, що відбувається при перетворенні електронейтрального атома Флуора на аніон F^–:
- а) приймає 1 електрон
- б) віддає 1 електрон
- в) приймає 2 електрони
- г) віддає 2 електрони
Позначте формулу речовини, що може виступати і окисником, і відновником в ОВР:
- а) Cl₂O₇
- б) Na₂SO₃
- в) K₂SO₄
- г) HCl
Установіть символи хімічних елементів у порядку збільшення числа електронів, що можуть віддавати атоми цього елемента під час окиснення до найвищого ступеня окиснення:
- а) Si
- б) O
- в) Al
- г) Li
На початку уроку ми говорили про пігмент жовтого кольору у фарбах, це сполука PbCrO₄. Визначте у ній ступені окиснення всіх хімічних елементів. Запишіть, скільки електронів братиме участь у процесі переходу Cr зі ступеня окиснення як у сполуці наведеній вище до Cr⁺³, зазначте назву процесу (окиснення/відновлення) та поведінку речовини PbCrO₄ (окисник/відновник).
Розгляньте схему ОВР:
- Al + S → Al₂S₃
- Визначте ступені окиснення над кожним хімічним елементом в усіх речовинах. Випишіть, які хімічні елементи змінили свій ступінь окиснення. Обчисліть, яка кількість електронів взяла участь у процесі окиснення і у процесі відновлення.

Відповідь:

г) Можна наголосити, що у випадку наявності в реакції простих речовин, дана хімічна реакція точно є ОВР. а) – сполучення, б) обміну, в) розкладу г) – заміщення
1г, 2д, 3б, 4в Реакції 2,3 – ОВР
1а, 2в, 3б
б
а
г
б
а
б
а
а
б
г,б,в,а. (О до +2 в OF₂)
Pb⁺² Cr⁺⁶ O₄^-2 Окисник Cr⁺⁶ +3e → Cr⁺³ відновлення Отже речовина PbCrO₄ – окисник
15. Це завдання має на меті підготувати учнів до засвоєння знань про добір коефіцієнтів методом електронного балансу на наступному уроці.
- Al + S → Al₂S₃
- Al⁰ переходить в Al⁺³
- S⁰ переходить в S^-2
- Пояснюємо, що для того, щоб обчислити кількість електронів необхідно звернути увагу на число атомів, яке має бути однакове у лівій і правій частині рівняння. Якщо у правій частині рівняння 2 атоми Алюмінію, то число електронів при переході з 0 до +3 буде не 3, а вдвічі більше – це 6. Аналогічно число атомів Сульфуру у правій частині рівняння 3 і кількість електронів, що бере участь у процесі переходу з 0 до -2, розраховуємо для трьох атомів (2*3 = 6). На наступному уроці учні вчитимуться записувати електронні схеми процесів окиснення та відновлення.

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 7 хв.

Рефлексія має на меті, щоб учні засвоїли поняття окисник/відновник, навчилися домовлятися у парі і спільно вирішувати проблему. Учні самостійно мають дійти висновку, що число електронів, які віддає відновник має співпадати із числом електронів, які приймає окисник.

Рівняння можна роздрукувати на окремих смужках паперу і роздати парам учнів.

Об’єднайтеся у пари і домовтеся: один із вас буде виконувати роль окисника, другий – відновника. Отримавши рівняння реакції від вчителя зорієнтуйтеся, хто із вас окисник, а хто відновник. Визначивши зміну ступеня окиснення хімічного елемента, що відповідає вашій ролі, скажіть скільки електронів ви як окисник приймаєте від відновника, а відновник каже скільки електронів він віддає окиснику.

Приклад (за потреби): C + H₂ → CH₄

Окисник С⁰ +4e → C^-4
Відновник H₂⁰ – 4e → H₄⁺

4 електрони

Приклади реакцій:

S + O₂ → SO₂
C + O₂ → CO₂
N₂ + H₂ → NH₃
Ca + H₂ → CaH₂

У вільний від відпочинку час

Дружня порада для вчителя

Завдання 1 дозволить учням не просто запам’ятати терміни, а й візуалізувати та особисто осмислити їхнє значення. Воно сприяє розвитку креативного мислення та навчить не плутати поняття.

Намалюй або створи за допомогою цифрових ресурсів комікс, який би відображав суть процесів окиснення/відновлення, поведінку речовин окисника/відновника.
Обчисліть кількість електронів, що беруть участь в процесах (надпишіть цю кількість над стрілочкою і зазначте знак «+» або «-»):
- а) 2ClO₄^– → 2ClO^– → 2Cl^– → Cl₂ → 2Cl⁺
- б) Mn²⁺→ MnO₄^2-→ MnO₄^– → Mn → MnO₂

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 44. Окисно-відновні реакції. Поняття окисник та відновник

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Очікувані результати для учнівства:

Я розумію суть понять «окисник», «відновник».
Я класифікую хімічні реакції на ОВР та без зміни ступеня окиснення, а також у залежності від типу перетворення реагентів (сполучення, розкладу, обміну, заміщення).
Я визначаю ступені окиснення елементів у простих і складних речовинах та роблю висновок про те, які хімічні елементи змінили свій ступінь окиснення у ході реакції.
Я обчислює число електронів, що бере участь у процесах окиснення/відновлення.
Я наводжу приклади сильних окисників та відновників.
Я обґрунтовую в якій ролі виступає речовина: окисник чи відновник.

Ключові слова

окисно-відновна реакція
окиснення
відновлення
окисник
відновник

План уроку

Мотивація (6 хв.).
Окисно-відновні реакції (ОВР). Окисник, відновник (10 хв.).
Практикуємось (22 хв.).
Рефлексія (7 хв.).

1. Мотивація

2. Окисно-відновні реакції (ОВР). Окисник, відновник.

Будь-яка ОВР складається із двох протилежних процесів – окиснення та відновлення:

відновник (окиснюється) ↔ окисник (відновлюється)

Поміркуйте і поясніть чому ОВР називають редокс-реакціями?

Типи ОВР:

Міжмолекулярні ОВР – окисник та відновник містяться у складі різних молекул.
Внутрішньомолекулярні ОВР – окисник і відновник це різні елементи, що містяться у складі однієї речовини.
Реакції диспропорціонування (самовідновлення-самоокиснення) – елемент, який виявляє проміжний ступінь окиснення одночасно виступає в ролі окисника та відновника.

Найважливіші відновники: водень, метали, вуглець, гідроген сульфід.

3. Практикуємось

Укажіть рівняння реакції, яка є ОВР:
- а) CaO + H₂O → Ca(OH)₂
- б) CaCl₂ + 2AgNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2AgCl↓
- в) CaCO₃ →^tCaO + CO₂↑
- г) Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑
- Для кожної із реакцій а)-г) вкажіть її тип: розкладу, сполучення, заміщення, обміну.
Установіть відповідність між схемою хімічної реакції та її типом:

1) Na₂O + SO₃ → Na₂SO₄	а) гідроліз
2) Al + AgNO₃ → Al(NO₃)₃+ Ag	б) розклад
3) KClO₃ → KCl + O₂	в) обмін
4) BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + NaCl	г) сполучення
	д) заміщення

Увідповідніть схему ОВР з її типом, визначте ступені окиснення елементів та доберіть коефіцієнти:

1) Fe + Cl₂ → FeCl₃	а) міжмолекулярна
2) NH₄NO₃ → N₂O + H₂O	б) диспропорціонування
3) H₂O₂ → H₂O + O₂	в) внутрішньомолекулярна

Укажіть найнижчий ступінь окиснення Брому:
- а) -2
- б) -1
- в) 0
- г) -7
Укажіть формулу речовини, яка в ОВР виступає лише як відновник:
- а) H₂S
- б) SO₂
- в) S
- г) SO₃
Укажіть формулу речовини, яка в ОВР виступає лише як окисник:
- а) MnS
- б) MnO₂
- в) Mn
- г) KMnO₄
Позначте назву процесу приєднання електронів:
- а) окиснення
- б) відновлення
- в) розкладу
- г) сполучення
Позначте назву процесу віддачі електронів:
- а) окиснення
- б) відновлення
- в) розкладу
- г) сполучення
Позначте назву частинки, що віддає електрон:
- а) окисник
- б) відновник
- в) катіон
- г) аніон
Позначте назву частинки, що приймає електрон:
- а) окисник
- б) відновник
- в) катіон
- г) аніон
Позначте, що відбувається при перетворенні електронейтрального атома Флуора на аніон F^–:
- а) приймає 1 електрон
- б) віддає 1 електрон
- в) приймає 2 електрони
- г) віддає 2 електрони
Позначте формулу речовини, що може виступати і окисником, і відновником в ОВР:
- а) Cl₂O₇
- б) Na₂SO₃
- в) K₂SO₄
- г) HCl
Установіть символи хімічних елементів у порядку збільшення числа електронів, що можуть віддавати атоми цього елемента під час окиснення до найвищого ступеня окиснення:
- а) Si
- б) O
- в) Al
- г) Li
На початку уроку ми говорили про пігмент жовтого кольору у фарбах, це сполука PbCrO₄. Визначте у ній ступені окиснення всіх хімічних елементів. Запишіть, скільки електронів братиме участь у процесі переходу Cr зі ступеня окиснення як у сполуці наведеній вище до Cr⁺³, зазначте назву процесу (окиснення/відновлення) та поведінку речовини PbCrO₄ (окисник/відновник).
Розгляньте схему ОВР:
- Al + S → Al₂S₃
- Визначте ступені окиснення над кожним хімічним елементом в усіх речовинах. Випишіть, які хімічні елементи змінили свій ступінь окиснення. Обчисліть, яка кількість електронів взяла участь у процесі окиснення і у процесі відновлення.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рефлексія

Приклад (за потреби): C + H₂ → CH₄

Окисник С⁰ +4e → C^-4
Відновник H₂⁰ – 4e → H₄⁺

4 електрони

Приклади реакцій:

S + O₂ → SO₂
C + O₂ → CO₂
N₂ + H₂ → NH₃
Ca + H₂ → CaH₂

У вільний від відпочинку час

Намалюй або створи за допомогою цифрових ресурсів комікс, який би відображав суть процесів окиснення/відновлення, поведінку речовин окисника/відновника.
Обчисліть кількість електронів, що беруть участь в процесах (надпишіть цю кількість над стрілочкою і зазначте знак «+» або «-»):
- а) 2ClO₄^– → 2ClO^– → 2Cl^– → Cl₂ → 2Cl⁺
- б) Mn²⁺→ MnO₄^2-→ MnO₄^– → Mn → MnO₂

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе