Химия 9 класс: окислительно-восстановительные реакции — разбор

Окислительно-восстановительные реакции — тема, на которой в 9 классе спотыкаются почти все. Появляются степени окисления с плюсами и минусами, надо понять, кто «отдал электроны», кто «принял», а потом ещё расставить коэффициенты «методом электронного баланса», когда обычный подбор не работает.

При этом ОВР — одна из самых логичных тем в школьной химии. Это буквально бухгалтерия: электроны никуда не пропадают, сколько отдали — столько приняли. Если освоить три алгоритма (степень окисления, кто окислитель, баланс), ОВР решаются механически. Тема есть в ОГЭ и обязательно в ЕГЭ — это задание высокого уровня.

Ниже — алгоритмы и шесть реакций с полным разбором в стиле Razbery: каждая цифра объяснена.

Степень окисления: что это

Степень окисления — условный заряд атома в соединении, если считать, что все связи ионные. Для простых ионов совпадает с зарядом. Записывается со знаком впереди: +2, −3, 0.

Правила, которых хватает для 9 класса:

Алгоритм для неизвестного элемента: расставь известные, составь уравнение «сумма = 0», реши.

Задание 1. Определить степени окисления

Определи степень окисления: марганца в KMnO₄, серы в H₂SO₄, азота в NH₃ и HNO₃, хрома в Cr₂O₇²⁻.

KMnO₄. K +1, O −2 (четыре атома: −8). +1 + x − 8 = 0, x = +7.

H₂SO₄. H +1 (два: +2), O −2 (четыре: −8). +2 + x − 8 = 0, x = +6.

NH₃. H +1 (три: +3). x + 3 = 0, x = −3.

HNO₃. H +1, O −2 (три: −6). +1 + x − 6 = 0, x = +5.

Cr₂O₇²⁻. O −2 (семь: −14). Сумма должна быть −2: 2x − 14 = −2, 2x = 12, x = +6.

Ответ: Mn +7, S +6, N −3, N +5, Cr +6.

Ошибка: путать степень окисления с валентностью. У азота в HNO₃ валентность IV, а степень окисления +5. В ОВР работаем только со степенями окисления.

Окислитель и восстановитель

• Окисление — отдача электронов. Степень окисления повышается (Zn⁰ → Zn⁺²).
• Восстановление — приём электронов. Степень окисления понижается (H⁺¹ → H⁰).
• Восстановитель — тот, кто отдаёт электроны (сам окисляется).
• Окислитель — тот, кто принимает электроны (сам восстанавливается).

Мнемоника: восстановитель — «отдаёт» (два О). Окислитель — принимает. И ещё: «Отдал — Окислился» — оба на О.

На числовой прямой: отдал электроны (заряд отрицательный) — стал положительнее, степень окисления пошла вверх. Принял — пошла вниз.

Задание 2. Найти окислитель и восстановитель

Реакция: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂.

Шаг 1. Степени окисления: Zn⁰, H⁺¹, Cl⁻¹ слева; Zn⁺², Cl⁻¹, H⁰ справа.

Шаг 2. Изменились: цинк 0 → +2 (повысилась) и водород +1 → 0 (понизилась). Хлор не менялся.

Шаг 3. Цинк отдал 2 электрона — восстановитель, окислился. Водород принял электроны — окислитель, восстановился.

Электронные уравнения: Zn⁰ − 2e⁻ → Zn⁺² (окисление), 2H⁺¹ + 2e⁻ → H₂⁰ (восстановление).

Ответ: восстановитель Zn, окислитель H⁺ (в составе HCl).

Метод электронного баланса: алгоритм

1. Расставь степени окисления всех элементов слева и справа.
2. Найди элементы, у которых степень окисления изменилась (обычно два).
3. Запиши для каждого электронное уравнение: сколько электронов отдал или принял один атом.
4. Учти число атомов в молекуле: если в O₂ два атома по 2 электрона — всего 4.
5. Найди НОК отданных и принятых электронов. Раздели НОК на число электронов в каждой строке — это множители.
6. Множители становятся коэффициентами перед веществами с этими элементами.
7. Остальные коэффициенты подбери обычным способом. Кислород — проверка в самом конце.

Задание 3. Простой баланс: железо и хлор

Уравняй: Fe + Cl₂ → FeCl₃.

Шаг 1. Fe⁰, Cl₂⁰ → Fe⁺³, Cl⁻¹.

Шаг 2. Электронные уравнения:

• Fe⁰ − 3e⁻ → Fe⁺³ (отдал 3)
• Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻¹ (молекула из двух атомов приняла 2)

Шаг 3. НОК(3, 2) = 6. Множители: для железа 6 / 3 = 2, для хлора 6 / 2 = 3.

Шаг 4. 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃.

Проверка: Fe 2 = 2; Cl 6 = 6 ✓. Электроны: отдано 2 · 3 = 6, принято 3 · 2 = 6 ✓.

Железо — восстановитель, хлор — окислитель.

Задание 4. Алюминий и кислород

Уравняй: Al + O₂ → Al₂O₃.

Шаг 1. Al⁰, O₂⁰ → Al⁺³, O⁻².

Шаг 2.

• Al⁰ − 3e⁻ → Al⁺³
• O₂⁰ + 4e⁻ → 2O⁻² (два атома по 2 электрона)

Шаг 3. НОК(3, 4) = 12. Множители: Al 12 / 3 = 4, O₂ 12 / 4 = 3.

Шаг 4. Слева 4Al и 3O₂. Справа алюминия 4 — значит 2Al₂O₃.

Итог: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃. Проверка: Al 4 = 4, O 6 = 6 ✓.

Совет: электронное уравнение для двухатомных газов пиши сразу на молекулу (O₂ + 4e⁻, Cl₂ + 2e⁻), тогда множитель — сразу коэффициент перед газом. Если писать на атом, придётся потом удваивать.

Задание 5. Медь и концентрированная азотная кислота

Уравняй: Cu + HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O.

Это классика ЕГЭ. Особенность: азот есть и в кислоте, и в соли, и в газе — но меняет степень окисления только тот, что уходит в NO₂.

Шаг 1. Cu⁰ → Cu⁺². Азот: в HNO₃ +5 (посчитано в задании 1), в NO₂: x − 4 = 0, x = +4. В Cu(NO₃)₂ остаётся +5.

Шаг 2.

• Cu⁰ − 2e⁻ → Cu⁺² (восстановитель)
• N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ (окислитель)

Шаг 3. НОК(2, 1) = 2. Множители: Cu — 1, N — 2.

Шаг 4. 1Cu и 2NO₂. Медь справа одна: 1Cu(NO₃)₂.

Шаг 5. Считаем азот справа: 2 (в соли) + 2 (в NO₂) = 4. Значит слева 4HNO₃.

Шаг 6. Водород: слева 4, справа 2H₂O.

Итог: Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

Проверка кислорода: слева 4 · 3 = 12. Справа 6 + 4 + 2 = 12 ✓.

Заметь: из четырёх молекул кислоты только две «работают» окислителем, ещё две идут на образование соли. Это нормально для ОВР с кислотами.

Задание 6. Перманганат калия и соляная кислота

Уравняй: KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O.

Самая известная «страшная» реакция школьной программы. По алгоритму она решается за пять минут.

Шаг 1. Марганец: в KMnO₄ +7, в MnCl₂ +2. Хлор: в HCl −1, в Cl₂ 0, в KCl и MnCl₂ остаётся −1.

Шаг 2.

• Mn⁺⁷ + 5e⁻ → Mn⁺² (окислитель, принял 5)
• 2Cl⁻¹ − 2e⁻ → Cl₂⁰ (восстановитель, два атома отдали по одному)

Шаг 3. НОК(5, 2) = 10. Множители: Mn 10 / 5 = 2, Cl₂ 10 / 2 = 5.

Шаг 4. 2KMnO₄, 2MnCl₂, 5Cl₂. Калия слева 2 — 2KCl.

Шаг 5. Хлор справа: 2 (KCl) + 4 (MnCl₂) + 10 (Cl₂) = 16. Значит 16HCl.

Шаг 6. Водород: 16 слева, 8H₂O справа.

Итог: 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O.

Проверка кислорода: слева 2 · 4 = 8, справа 8 ✓. Электроны: принято 2 · 5 = 10, отдано 5 · 2 = 10 ✓.

Из 16 молекул HCl только 10 окислились до хлора, остальные 6 стали хлоридами — как и в задании 5.

Ряд активности металлов и ОВР

Реакции металлов с кислотами и солями — тоже ОВР. Пойдёт реакция или нет, определяет электрохимический ряд активности:

Li K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

Правила:

• Металл вытесняет из соли металл, стоящий правее: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu идёт, Cu + FeSO₄ не идёт.
• Металлы левее H вытесняют водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной): Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Медь с соляной кислотой не реагирует.
• Чем левее металл, тем он более сильный восстановитель.

Пример: Лена на контрольной написала Cu + 2HCl → CuCl₂ + H₂ и получила минус балл. Медь стоит правее водорода и не может его вытеснить: у меди нет «сил» отдать электроны иону H⁺. Ряд активности — не просто список для заучивания, а таблица, кто кому отдаёт электроны.

Типичные ошибки

• Степень окисления кислорода не −2. В пероксидах (H₂O₂) она −1, во всех остальных случаях 9 класса −2. Не путай с валентностью.
• Забыть, что O₂, Cl₂ — двухатомные. Молекула кислорода принимает 4 электрона, а не 2.
• Перепутать окислитель и восстановитель. Отдал электроны — окислился — восстановитель. Проверяй по направлению: степень выросла — отдал.
• Уравнивать кислород вначале. Кислород — только проверка в самом конце.
• Множители из баланса ставить не к тем веществам. Множитель относится к веществу, в котором элемент изменил степень окисления. В задании 5 множитель 2 — к NO₂, а не к HNO₃.
• Забыть про «нерабочие» молекулы кислоты. Часть кислоты идёт на соль, поэтому коэффициент перед HNO₃ или HCl больше множителя из баланса.
• Записывать реакции, которые не идут. Медь с соляной кислотой, серебро с сульфатом цинка — проверяй по ряду активности.

Частые вопросы

Как определить степень окисления элемента?

Расставь известные степени: кислород −2, водород +1, металлы I–II групп +1 и +2, фтор −1. Составь уравнение: сумма всех степеней с учётом индексов равна нулю (для молекулы) или заряду иона. Реши относительно неизвестной. В KMnO₄: +1 + x − 8 = 0, Mn = +7.

Как определить окислитель и восстановитель в реакции?

Найди элементы, изменившие степень окисления. У кого она повысилась — тот отдал электроны, это восстановитель. У кого понизилась — принял, это окислитель. В Zn + 2HCl: цинк 0 → +2 — восстановитель, водород +1 → 0 — окислитель.

Как расставить коэффициенты методом электронного баланса?

Запиши электронные уравнения для двух изменившихся элементов, найди НОК отданных и принятых электронов, раздели НОК на число электронов в каждой строке — это множители перед соответствующими веществами. Остальные коэффициенты подбери обычно, кислород проверь последним.

Чем степень окисления отличается от валентности?

Валентность — число связей, всегда положительное, без знака. Степень окисления — условный заряд, со знаком, может быть нулевой или отрицательной. У азота в HNO₃ валентность IV, степень окисления +5. В ОВР используется только степень окисления.

Какие металлы реагируют с кислотами с выделением водорода?

Те, что стоят левее водорода в ряду активности: от лития до свинца. Медь, серебро, золото с соляной и разбавленной серной кислотой не реагируют. Азотная и концентрированная серная кислоты — исключение: они реагируют и с медью, но выделяется не водород, а оксиды азота или серы.

Что дальше

• Химия 8 класс: валентность и уравнения — база, без которой ОВР не пойдут.
• Разбор задач по химии — расчётные задачи всех типов.
• Химия с нуля — если нужно начать с самого начала.
• План подготовки к ЕГЭ по биологии и химии — если химия нужна для экзамена.
• Не сходится баланс? Спроси на Razbery — там разберут конкретную реакцию по шагам и объяснят, где потерян электрон.