Окислительно-восстановительные реакции
Цели: рассмотреть сущность ОВР; найти взаимосвязь между структурой вещества и его свойствами, познать системный характер химических процессов, их внутреннюю противоречивость; выработать умения по составлению простых уравнений методом электронного баланса, привести в систему накопленные знания о типах химических реакций.
Задачи:
напомнить учащимся правила написания уравнений окислительно-восстановительных реакций и расстановку коэффициентов методом электронного баланса;
познакомить учащихся с особенностями протекания окислительно-восстановительных реакций в различных средах;
научить учащихся писать уравнения окислительно-восстановительных реакций в ионном виде.
Ход занятия:
I. Организационный момент.
II. Объяснение новой темы.
1. Повторение исходных понятий.
- Что такое окислительно-восстановительные реакции? Что такое степень окисления?
2. Рассказ о спичках.
Привычные всем нам фосфорные спички появились в середине XIX века. Вначале сразу несколько изобретателей – английский химик Джеймс Уолкер, венгерский химик Шандор Ириньи, французский химик Шарль Сориа и немецкий учитель Ян Каммерер – независимо друг от друга предложили наносить на осиновую палочку и затем высушивать смесь белого фосфора, бертолетовой соли и клея. Такие спички воспламенялись при легком трении о любую твердую поверхность, но по той же самой причине были очень опасны, становясь источником многих пожаров. Кроме того, белый фосфор – сильный яд, и спичками, беря их в рот, часто отравлялись маленькие дети. Спичечные головки также были излюбленным ядом самоубийц.
Спички, которые мы с вами сейчас используем, по названию страны, где впервые было организовано из промышленное производство, получили название «шведских». Рудольф Беттгер в 1848 году разделил горючий состав спичек на две части: головку спички и намазку боков коробка (поэтому шведские спички нельзя зажечь трением о любую поверхность). Он же исключил из состава белый фосфор, заменив его красным.
С тех пор главной составляющей частью головки является бертолетова соль KClO3, а в намазку боков коробка входит красный фосфор. Оба они смешиваются с молотым стеклом и клеем. Это самые важные из более чем двадцати веществ, которые используются в составе. При трении головки о намазку коробка мельчайшие частички красного фосфора, взаимодействуя с KClO3, воспламеняются на воздухе и поджигают состав головки спички – таким образом, огонь зарождается в намазке коробка.
Смесь красного фосфора и бертолетовой соли легко вспыхивает при трении:
P + KClO3 → KCl + P2O5
Учащиеся у доски и в тетрадях самостоятельно расставляют коэффициенты методом электронного баланса.
6P + 5KClO3 → 5KCl + 3P2O5
3. Окислительно-восстановительные реакции в различных средах.
Теперь, когда мы вспомнили правила расстановки коэффициентов методом электронного баланса, поговорим о том, что окислительно-восстановительные реакции между одинаковыми веществами могут протекать по-разному в зависимости от среды, в которой происходит процесс.
Среда бывает:
а) кислая (создается в присутствии кислоты в растворе);
б) щелочная (создается щелочью);
в) нейтральная.
а) Кислая среда.
+7 +4 +2 +6
2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O
б) Щелочная среда.
+7 +4 +6 +6
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
в) Нейтральная среда.
+7 +4 +4 +6
2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 2MnO2 ↓ + 3K2SO4 + 2KOH
Вывод: среда, в которой протекает окислительно-восстановительная реакция, влияет на направление реакции.
4. Рассказ о старых картинах.
В свое время художники писали картины, используя в качестве белой краски свинцовые белила. Со временем под действием содержащихся в воздухе следов сероводорода картины темнели, т. к. свинцовые белила превращались в темный (черный) сульфид свинца. Реставраторы, промывая старые картины пероксидом водорода, сульфид переводят в белый сульфат свинца, и потемневшие картины обновляются – становятся вновь яркими.
Учитель демонстрирует опыт взаимодействия PbS и H2O2 и предлагает учащимся записать уравнение этой реакции:
+2 -2 +1 -1 +2 +6 -2 +1 -2
PbS + 4H2O2 → PbSO4 + 4H2O
5. Чем надут теннисный мяч?
Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества – «вздуватели». Это такие вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи (заготовки в виде полусфер изготовлены предварительно и намазаны клеем) кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия и хлорида аммония. Склеенные половинки мяча помещают в формы и нагревают.
+1 +3 -2 -3 +1 -1 +1 -1 +1 -2 0
NaNO2 + NH4Cl → NaCl + 2H2O + N2
Выделившийся азот создает в мяче повышенное давление.
6. Как потушить горящий магний?
Во время лабораторной работы загорелся магний. Пытались залить водой – произошел взрыв, пламя усилилось. Тогда стали засыпать чашку с горящим магнием песком, но горение не прекращалось.
Мы с вами тоже попробуем залить горящий магний водой (демонстрация опыта c небольшим количеством магния).
Горящий магний активно взаимодействует с водой.
0 +1 -2 +2 -2 0
Mg + H2O → MgO + H2 ↑
При этом может загореться водород.
Песок тоже вступает в реакцию с горящим магнием с выделением большого количества энергии.
0 +4 +2 0
2Mg + SiO2 → 2MgO + Si
Только асбестовая вата и мелкая железная стружка тушат горящий магний.
7. «Сатанинские огни».
Мальчишки забрались ночью на старое кладбище посмотреть на привидение, о котором давно говорили в деревне. Когда их глаза привыкли к темноте, они увидели, как вспыхнул и погас огонек на одной могиле, затем на другой, на третьей… Мальчики застыли в ужасе… Появление блуждающих огней на старых кладбищах и болотах вызвано воспламенением на воздухе выделяющегося газа – фосфина PH3. Газ этот образуется при разложении органических соединений, содержащих фосфор. На воздухе фосфин воспламеняется.
-3 +1 0 +5 -2 +1 -2
2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O
Оксид фосфора P2O5 при взаимодействии с влагой воздуха образует мельчайшие капельки фосфорной кислоты, дающие неясные, размытые контуры привидения.
8. О паянии
При паянии металлов используют нашатырь. Для чего?
Нашатырь – это хлорид аммония NH4Cl. Его используют для травления – очистки поверхности паяльника и паяемого изделия от оксидов металлов. При повышенной температуре нашатырь разлагается с образованием аммиака.
Аммиак реагирует с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника.
+2 -2 -3 +1 0 +1 -2 0
3CuO + 2NH3 → 3Cu + 3H2O ↑ + N2 ↑
III. Итоги и выводы.
- Мы познакомились с особенностями протекания окислительно-восстановительных реакций в различных средах.
- Узнали много новых фактов из истории химии, связанных с окислительно-восстановительными реакциями.
- Вспомнили, как расставлять коэффициенты методом электронного баланса.
