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

матеріал 13

Складання рівнянь окисно – відновних реакцій у водному розчині методом напівреакцій

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 46. Складання рівнянь окисно – відновних реакцій у водному розчині методом напівреакцій

Очікувані результати навчання

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]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими ознаки класифікації природних і техногенних об’єктів, явищ і процесів [12 ПРО 3.2.1]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
пропонує варіанти організації роботи групи: розподілення обов’язків, налагодження комунікації для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 4.4.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2]
добирає самостійно або у співпраці з іншими форми подання інформації і її перетворення [12 ПРО 2.2.1]

Мета уроку: Ознайомитися з алгоритмом складання ОВР методом напівреакцій. Навчитися аналізувати процеси окиснення та відновлення, складати окисно – відновні рівняння методом напівреакцій; Визначити практичне значення ОВР для техніки, біології, побуту.

Очікувані результати для вчителя:

Аналізують: концепцію окисно-відновних реакцій;
Складають: рівняння ОВР методом електронного балансу та методом напівреакцій;
Висловлюють судження щодо:окисників та відновників, окисно – відновних процесів; застосування ОВР у побуті, медицині, тощо.
Використовують набуті знання для: складання рівнянь ОВР у водному середовищі методом напівреакцій, з врахуванням характеру середовища.

Очікувані результати для учнівства:

розуміє суть окисно-відновних процесів у водному середовищі;
визначає окисник та відновник;
складає рівняння ОВР методом напівреакцій;
аналізує правильність урівнювання;
застосовує знання у виконанні практичних завдань.

Ключові слова

окисник
відновник
йони
окиснення
відновлення
напівреакція
окисно – відновна реакція

План уроку

Мотивація.
Повторення: тест в LearningApps
Тобі може знадобитися. Теоретична частина.
Життєва ситуація..
Попрактикуймо самостійно.
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 2 – 3 хв.

В усіх названих випадках відбуваються процеси окиснення та відновлення.

Що спільного між корозією (іржавінням) заліза , потемнінням срібла та процесом дихання живих організмів?

2. Повторення

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 – 7хв.

Провести самооцінювання (оцінка у %, які можна перевести в бали).

Можна оцінити в балах:

8,9 завдання на складання рівнянь ОВР методом електронного балансу по 2 бали, решта по 1 балу (разом 12 балів)

пройти тест в LearningApps за покликанням https://learningapps.org/view41927305

або QR кодом

3. Тобі може знадобитися

Дружня порада для вчителя

Тривалість 10 хв:

Учні можуть самостійно виділити етапи алгоритму скорочено:

Розділити рівняння на напівреакції.

Урівняти кількості атомів елементів в напівреакціях, додавши коефіцієнти, молекули води або йони гідрогену.

Урівняти заряди напівреакцій, додаючи/віднімаючи електрони.

Додати напівреакції, так, щоб електрони скоротилися.

Записати повне рівняння ОВР з підібраними коефіцієнтами.

Складання окисно – відновних рівнянь методом електронного балансу враховує лише перехід електронів від відновника до окисника та ускладнюється, якщо в реакцію вступають речовини, які в розчині дисоціюють на йони. Елементи, що входять до складу йонів беруть участь в окисно – відновних процесах, йони в реакціях обміну. Універсальнішим методом складання рівнянь окисно – відновних реакцій в розчинах є метод напівреакцій (йонно – електронний метод).

Алгоритм складання рівняння окисно – відновної реакції методом напівреакцій.

Приклад: FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

1. Запишіть скорочене йонне рівняння реакції. Визначте окисник, відновник та продукти їх взаємодії.	Fe²⁺ + MnO4^– + H⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ + H2O Fe²⁺відновник, MnO4^–окисник. Йони Fe²⁺окиснюються до йонів Fe³⁺, а йони MnO4^–відновлюються до йонів Mn²⁺.
2. Скласти напівреакції (електронно – йонні рівняння) окремо для процесу окиснення, окремо для процесу відновлення. При цьому слід дотримуватися наступних правил:А) Якщо продукт реакції містить менше оксигену, ніж реагент, то в кислому середовищі надлишковий оксиген звязується з йонами гідрогену, утворюючи молекули води. Б) В нейтральному і лужному середовищі надлишковий оксиген взаємодіє з водою, утворюючи подвійну кількість гідроксогруп.В) При складанні рівнянь у лівій та правій сторонах повинні зберігатися кількості атомів та заряди йонів.	Процес (напівреакція) окиснення йона – відновника: Fe²⁺ – 1e^–→ Fe³⁺ В процесі (напівреакції) відновлення окисника MnO4^–до Mn²⁺для однакової кількості атомів (балансу), необхідно додати йони гідрогену, щоб зв`язати атоми оксигену в молекули води:MnO4^– + 8H⁺→ Mn²⁺ + 4H2O Крім цього, для балансу зарядів в лівій частині рівняння слід додати 5 електронів. Тоді процес відновлення окисника:MnO4^– + 8H⁺+ 5e^– → Mn²⁺ + 4H2O
3. Урівнюємо кожну напівреакцію за атомами й електронами.Щоб скласти повне рівняння реакції у процесах окиснення – відновлення слід оба процеси помножити на такі коефіцієнти, щоб кількості відданих і приєднаних електронів співпадали.	Fe²⁺ – 1e^–→ Fe³⁺ 5 MnO4^– + 8H⁺+ 5e^– → Mn²⁺ + 4H2O 1
4. Додаємо напівреакції так, щоб електрони скоротилися.Перевіряємо правильність складеного рівняння за балансом кількості атомів та зарядів в повному рівнянні.	5Fe²⁺ + MnO4^– + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H2O
5. Записуємо рівняння реакції з підібраними коефіцієнтами.	Оскільки в результаті даної реакції утворюється Fe2(SO4), що містить 2 моль Fe³⁺, коефіцієнти треба подвоїти.10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Покликання на відеоджерела:

Відео

4. Життєва ситуація

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 10 хв:

Можна взяти інші кількості речовин, та воду не дистильовану, експеримент все одно вдасться. Пояснення без рівнянь реакцій, рівняння в розділі для самостійного виконання.

Експеримент «Хімічний хамелеон»: зміна кольору розчину в результаті ОВР: фіолетовий – синій – зелений – оранжево-жовтий – безбарвний.

Для створення хімічного хамелеона слід підготувати розчин калій перманганату фіолетового кольору (2 мг на 500 мл дистильованої води) та розчин цукру (6 г) і натрій гідроксиду (10 г) на 500 мл дистильованої води.

Змішати обидва розчини. При змішуванні фіолетовий розчин перманганату відразу змінюється на синій, потім швидко на зелений і через кілька хвилин на жовтий. Якщо залишити розчин на певний час, розчин стане прозорим. Поясніть спостережувані явища.

Пояснення:

Калій перманганат відновлюється, а цукор окиснюється.

Перший етап: MnO4^– + 1e^– → MnO4^2-

В розчині є фіолетовий перманганат та зелений манганат, тому колір синій. Потім перманганат повністю відновлюється і колір стає зеленим.

Другий етап: відновлення до манган (IV) оксиду: MnO4^2- + 2H2O + 2e^– → MnO2 + 4OH^–

Манган (IV) оксид тверда речовина, але частинки настільки малі, що на вигляд розчин змінює колір. З часом частики оксиду осідають, розчин стає прозорим

5. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 15 хв:

Коригуйте роботу учнів, допомагайте виправляти помилки.

Калій біхромат (дихромат калію, калій дихромат, калій двохромовокислий, калієвий хромпік) – сполука, що має широке застосування в різних галузях. Його використовують у виготовленні неорганічних пігментів, барвників, сухих батарей, у дубленні шкіри та овчини Він є окиснювачем у піротехнічному виробництві, виробництві сірників, фотосправі, тощо. Розчин цієї речовини в концентрованій сульфатній кислоті (хромова суміш) використовують у лабораторіях для миття скляного лабораторного посуду. Використовують в аналітичній хімії (хроматометрія). Складіть рівняння реакції окиснення натрій сульфіту розчином калій дихромату в кислому середовищі. Врахуйте, що йони Cr₂O₇²^– (окисник) відновлюються до йонів Cr³⁺, йони SO₃²^– (відновник) окиснюються до SO₄²^–
При поясненні до теоретичної частини розглянуто приклад взаємодії калій перманганату з відновником в кислотному середовиші. Складіть рівняння ОВР для взаємодії калій перманганату з відновниками в нейтральному та лужному середовищах за наведеними схемами:
- А) Нейтральне середовище:
  - K₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → K₂SO₄ +MnO₂↓ + KOH
  - Фіолетовий розчин KMnO₄ після закінчення реакції стає безбарвним і випадає бурий осад (MnO₂↓).
- Б) Лужне середовише:
  - K₂SO₃ + KMnO₄ + KOH → K₂SO₄ + K₂MnO₄ + H₂O
  - Фіолетовий колір розчину KMnO₄ перетворюється на зелений колір розчину K₂MnO₄.

Відповідь:

Оранжеве забарвлення, характерне для дихроматів, переходить в зелене. Солі хрому мають яскраве забарвлення, тому елемент має саме таку назву, що в перекладі з грецької означає «колір, фарба».

1,2,3.

Cr₂O₇²^– + 14H⁺+ 6e^–→ 2Cr³⁺ + 7H2O 1

SO₃²^– + H₂O – 2e^– → SO₄²^– + 2H⁺ 3

4. Cr₂O₇²^– + 8H⁺+ 3SO₃²^– →2Cr³⁺ + 4H2O +3SO₄²^–

5. K₂Cr₂O₇+ 3Na₂SO₃ + 4H₂SO₄→Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄+ K₂SO₄+ 4H₂O

1,2,3.

MnO4^– + 3e^– +2H2O→ MnO₂↓ + 4OH^–2

SO₃^2- + 2OH^– – 2e^– → SO₄²^– + H2O 3

4. 2MnO4^– + H2O+ 3SO₃^2- → 2MnO₂↓ + 2OH^–+ 3SO₄²^–

5. 3K₂SO₃ + 2KMnO₄ + H₂O → 3K₂SO₄ + 2MnO₂↓ + 2KOH

1,2,3

MnO₄^– + 1e^– → MnO₄^2- 2

SO₃^2- + 2OH^– – 2e^– → SO₄²^– + H2O 1

4. 2MnO₄^–+ SO₃^2- + 2OH^–→ 2MnO₄^2- + SO₄²^– + H2O 5. K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O

6. Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість 2 хв:

1 сходинка – погане розуміння теми;

5 – тема повністю зрозуміла.

«Сходинки успіху»:

Намалюйте 5 сходинок, відзначте сходинку розуміння теми, на якій ви зараз знаходитеся.

У вільний від відпочинку час

Дружня порада для вчителя

Створені учнями презентації будуть використані на наступному уроці.

Учні можуть використати ресурс за наведеним покликанням (ресурс англомовний, але легко перекладається, навіть, без перекладача). Можна розділити завдання для груп учнів: ОВР

В щоденних хімічних процесах;

Біологічних системах;

Екології;

Промисловості;

Аналітичній хімії та приладобудуванні.

Захисту від корозії.

Майбутні напрямки використання ОВР.

https://www.solubilityofthings.com/importance-redox-reactions-real-world-applications

Знайдіть інформацію про ОВР, що використовуються: у медицині, біотехнології, екології. Запишіть рівняння ОВР, де це можливо. Створіть коротку презентацію (2 – 3 слайди) по знайденій інформації.

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 46. Складання рівнянь окисно – відновних реакцій у водному розчині методом напівреакцій

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Очікувані результати для учнівства:

розуміє суть окисно-відновних процесів у водному середовищі;
визначає окисник та відновник;
складає рівняння ОВР методом напівреакцій;
аналізує правильність урівнювання;
застосовує знання у виконанні практичних завдань.

Ключові слова

окисник
відновник
йони
окиснення
відновлення
напівреакція
окисно – відновна реакція

План уроку

Мотивація.
Повторення: тест в LearningApps
Тобі може знадобитися. Теоретична частина.
Життєва ситуація..
Попрактикуймо самостійно.
Рефлексія

1. Мотивація

Що спільного між корозією (іржавінням) заліза , потемнінням срібла та процесом дихання живих організмів?

2. Повторення

пройти тест в LearningApps за покликанням https://learningapps.org/view41927305

або QR кодом

3. Тобі може знадобитися

Алгоритм складання рівняння окисно – відновної реакції методом напівреакцій.

Приклад: FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

1. Запишіть скорочене йонне рівняння реакції. Визначте окисник, відновник та продукти їх взаємодії.	Fe²⁺ + MnO4^– + H⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ + H2O Fe²⁺відновник, MnO4^–окисник. Йони Fe²⁺окиснюються до йонів Fe³⁺, а йони MnO4^–відновлюються до йонів Mn²⁺.
2. Скласти напівреакції (електронно – йонні рівняння) окремо для процесу окиснення, окремо для процесу відновлення. При цьому слід дотримуватися наступних правил:А) Якщо продукт реакції містить менше оксигену, ніж реагент, то в кислому середовищі надлишковий оксиген звязується з йонами гідрогену, утворюючи молекули води. Б) В нейтральному і лужному середовищі надлишковий оксиген взаємодіє з водою, утворюючи подвійну кількість гідроксогруп.В) При складанні рівнянь у лівій та правій сторонах повинні зберігатися кількості атомів та заряди йонів.	Процес (напівреакція) окиснення йона – відновника: Fe²⁺ – 1e^–→ Fe³⁺ В процесі (напівреакції) відновлення окисника MnO4^–до Mn²⁺для однакової кількості атомів (балансу), необхідно додати йони гідрогену, щоб зв`язати атоми оксигену в молекули води:MnO4^– + 8H⁺→ Mn²⁺ + 4H2O Крім цього, для балансу зарядів в лівій частині рівняння слід додати 5 електронів. Тоді процес відновлення окисника:MnO4^– + 8H⁺+ 5e^– → Mn²⁺ + 4H2O
3. Урівнюємо кожну напівреакцію за атомами й електронами.Щоб скласти повне рівняння реакції у процесах окиснення – відновлення слід оба процеси помножити на такі коефіцієнти, щоб кількості відданих і приєднаних електронів співпадали.	Fe²⁺ – 1e^–→ Fe³⁺ 5 MnO4^– + 8H⁺+ 5e^– → Mn²⁺ + 4H2O 1
4. Додаємо напівреакції так, щоб електрони скоротилися.Перевіряємо правильність складеного рівняння за балансом кількості атомів та зарядів в повному рівнянні.	5Fe²⁺ + MnO4^– + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H2O
5. Записуємо рівняння реакції з підібраними коефіцієнтами.	Оскільки в результаті даної реакції утворюється Fe2(SO4), що містить 2 моль Fe³⁺, коефіцієнти треба подвоїти.10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Покликання на відеоджерела:

Відео

4. Життєва ситуація

5. Попрактикуймо самостійно

Калій біхромат (дихромат калію, калій дихромат, калій двохромовокислий, калієвий хромпік) – сполука, що має широке застосування в різних галузях. Його використовують у виготовленні неорганічних пігментів, барвників, сухих батарей, у дубленні шкіри та овчини Він є окиснювачем у піротехнічному виробництві, виробництві сірників, фотосправі, тощо. Розчин цієї речовини в концентрованій сульфатній кислоті (хромова суміш) використовують у лабораторіях для миття скляного лабораторного посуду. Використовують в аналітичній хімії (хроматометрія). Складіть рівняння реакції окиснення натрій сульфіту розчином калій дихромату в кислому середовищі. Врахуйте, що йони Cr₂O₇²^– (окисник) відновлюються до йонів Cr³⁺, йони SO₃²^– (відновник) окиснюються до SO₄²^–
При поясненні до теоретичної частини розглянуто приклад взаємодії калій перманганату з відновником в кислотному середовиші. Складіть рівняння ОВР для взаємодії калій перманганату з відновниками в нейтральному та лужному середовищах за наведеними схемами:
- А) Нейтральне середовище:
  - K₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → K₂SO₄ +MnO₂↓ + KOH
  - Фіолетовий розчин KMnO₄ після закінчення реакції стає безбарвним і випадає бурий осад (MnO₂↓).
- Б) Лужне середовише:
  - K₂SO₃ + KMnO₄ + KOH → K₂SO₄ + K₂MnO₄ + H₂O
  - Фіолетовий колір розчину KMnO₄ перетворюється на зелений колір розчину K₂MnO₄.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Рефлексія

«Сходинки успіху»:

Намалюйте 5 сходинок, відзначте сходинку розуміння теми, на якій ви зараз знаходитеся.

У вільний від відпочинку час

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе