Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Для нахождения коэффициентов при составлении окислительно-восстановительных реакций необходимо:

· соблюдение материального баланса (число атомов данного элемента в левой и правой части должно быть одинаково);

· соблюдение электронного баланса: число электронов, отданных восстановителем (Red), должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (Ox), например: Al + Cl ₂® AlCl₃

Red Ox

2 Al - 3 ē = Al³⁺процесс окисления, или полуреакция окисления

3 Cl₂+ 2 ē = 2Cl^–процесс восстановления, или полуреакция восстановления

2Al + 3Cl₂ = 2Al ³⁺ + 6Cl^–

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

При составлении окислительно-восстановительных реакций в водных растворах часто возникает необходимость использовать среду (Н⁺, ОН ^—, Н₂О). При этом, если частица в левой части полуреакции содержит кислорода больше, чем в правой (NO₃^—® NO₂^—), то нужно связать "О²^—"; если частица в левой части полуреакции содержит кислорода меньше, чем в правой части (SO₃^2–® SO₄²^—), то нужно ввести "О²^—" (представлено в табл. 4.1).

Таблица 4.1

Процессы	Среда в окислительно-восстановительных реакциях в расчете на "О²^—" в соединении
	кислая (Н⁺)	щелочная (ОН^-)	нейтральная (Н₂О)
Связать "О²^—" NO₃^—® NO₂^—	О²^—+ 2Н⁺= Н₂О	О²^—+ Н₂О = 2ОН^—	О²^— + Н₂О = 2ОН^—
Ввести "О^2–" SO₃²^—® SO₄²^—	Н₂О = О²^—+ 2Н⁺	2ОН^—= О^2–+ Н₂О	Н₂О = О²^—+ 2Н⁺

Для реакции К₂Cr₂O₇+ КI + Н₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + I₂+ Н₂О + К₂ SO₄

ниже представлена последовательность однотипных операций, с помощью которых составляют уравнения полуреакций с использованием среды.

· Записывают исходные вещества и продукты полуреакций окисления и восстановления (сильные электролиты записывают в виде ионов, а неэлектро-литы, слабые электролиты, газы, осадки - в виде молекул):

Cr₂O₇²^—®Cr³⁺; I^— ® I₂.

· Уравнивают количество атомов элемента, изменяющего степень окисления:

Cr₂O₇²^—®2Cr³⁺; 2I^— = I₂.

· По изменению степени окисления подсчитывают количество отданных или принятых электронов: Cr₂O₇ ²^— + 6 ē ® 2Cr³⁺; 2I^— - 2ē = I₂.

· При необходимости уравнивают кислород и водород, используя правила среды: Cr₂O₇²^— + 6 ē + 14Н⁺ = 2Cr ³⁺ + 7Н₂О

· Проверяют суммарный заряд ионов и электронов левой и правой части уравнения.

· Составляют суммарное ионное уравнение реакции:

Cr₂O₇²^— + 6I ^—+ 14Н⁺ = 2Cr ³⁺ + 3I₂+ 7Н₂О

· Составляют суммарное молекулярное уравнение реакции:

К₂Cr₂O₇+ 6КI+ 7Н₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂+ 7Н₂О + 4К₂ SO₄

Пример 1. Среда кислая.

Na₃PO₃ + KMnO₄+ H₂SO ₄® Na₃PO₄+ MnSO₄ +

Red Ox

5 PO₃³^— - 2 ē + Н₂О = PO₄³^— + 2Н⁺

2 MnO₄^— + 5 ē + 8Н⁺ = Mn²⁺+ 4 H₂O

5PO₃³^— + 2MnO₄^—+ 5Н₂О + 16Н⁺= 5PO₄³^—+ 2Mn ²⁺ + 10Н⁺+ 8Н₂О

5PO₃³^—+ 2MnO₄^—+ 6Н⁺= 5PO₄³^—+ 2Mn ²⁺ + 3Н₂О

5Na₃PO₃ + 2KMnO₄+ 3H₂SO₄ = 5Na₃PO₄+ 2MnSO₄ + 3Н₂О + K₂SO₄

Пример 2. Среда щелочная.

KCrO₂ + KClO₄+ KOH® K₂CrO₄ + KCl +...

Red Ox

8 CrO₂^— - 3 ē + 4ОН^–= CrO₄²^— + 2Н₂О

3 ClO₄ ^—+ 8 ē + 4Н₂О = Cl ^— + 8ОН^—

8CrO₂^—+ 3ClO₄^—+ 32ОН ^— + 12Н₂О = 8CrO₄²^—+ 3Cl ^—+ 16Н₂О + 24ОН^—

8CrO₂^—+ 3ClO₄^—+ 8ОН ^— = 8CrO₄²^—+ 3Cl^—+ 4Н₂О

8KCrO₂+ 3КClO ₄+ 8КОН = 8К₂СrО ₄ + 3КСl + 4Н₂О

Пример 3. Среда нейтральная.

КMnO₄ + MnSO₄+ Н₂О ® MnO₂+

Ox Red

3 Mn ²⁺ - 2 ē + 2Н₂ О = MnO₂+ 4Н⁺

2 MnO₄^—+ 3 ē + 2Н₂О = MnO₂+ 4ОН ^—

3Mn²⁺ + 2MnO₄^—+ 10Н₂О = 5MnO₂ + 12Н⁺ + 8ОН ^—

3Mn²⁺ + 2MnO₄^—+ 2Н₂О = 5MnO₂ + 4Н⁺

3MnSO₄ + 2KMnO₄ + 2Н₂О = 5MnO₂ + K₂SO₄+ 2Н₂SO₄

Задания к подразделу 4.1

Задания 241-260. Рассчитайте и укажите степень окисления (CO) атомов элементов в предложенных частицах. Объясните, какую роль могут выполнять указанные частицы в окислительно-восстановительных реакциях: только окислитель (Ox), только восстановитель (Red), окислитель и восстановитель.

241.NH₄OH, VO²⁺, Ni, VO₃^—	251.SeO₃^2—, AlO₂^—, Br ^—, ClO₃^—
242.MnO₄^2—, NO₃^—, NH₄⁺, ClO₃^—	252.CO₂, Cr₂O₇^2—, BrO^—, SeO₄^2—
243.TiO²⁺, ClO^—, MnO₂, MnO₄^—	253.SO₄^2—, CO, H₂S, MnO₄^2—
244.Cl₂, Cl^—, CrO₂^—, B₄O₇^2—	254.Ca, NO₃^—, BrO^—, NO₂^—
245.BrO ^—, Br ^—, Cd²⁺, CrO₄^2—	255.ClO₄^—, Cl^—, CrO₂^—, F₂
246.NO₃^—, NO, Cr₂O₇^2—, SO₃^2—	256.SO₄^2—, Cl₂, Mn²⁺, ClO^—
247.CO₂, ClO^—, MnO₄^2—, Cl^—	257.NO₂^—, MnO₂, NO₂, Cu
248.Fe₂O₃, MnO₄^—, Br ^—, CrO₄^2—	258.CrO₂^—, ReO₄^—, PbO₂, CrO₄^2—
249.Fe, AlO₂^—, N₂O, NO₃^—	259.SO₃^2—, NO₂, ClO₄^—, Br ^—
250.CrO₃^3—, MnO₂, PbO₂, Cr₂O₇^2—	260.H₂S, Cl₂, SO₄^2—, Cr₂O₇^2—

Задания 261-280. Составьте электронно-ионные схемы и молекулярные уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель. Две реакции (а,б) для каждого задания.

261. а) Na₂SeO₃ + KBrO + H₂O Br₂, SeO₄^2—

б) HCl + HNO₃ Cl₂, NO

262. а) Cr₂(SO₄)₃ +Cl₂ + KOH  CrO₄^2—, Cl ^—

б) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄  SO₄^2—, Cr ³⁺

263. а) KI + HNO₃  NO, I₂

б) NaCrO₂ +NaClO + KOH  CrO₄^2—, Cl ^—

264. а) HNO₃+ Ni  N₂O, Ni²⁺

б) SnSO₄ +Ag₂O₃+ KOH  SnO₃^2—, AgO.

265. а) K₂Cr₂O₇ + Na₃AsO₃ + H₂SO₄  AsO₄^3—, Cr³⁺

б) KCrO₂ +Cl₂+ KOH  CrO₄^2—, Cl ^—

266. а) K₂Cr₂O₇ +HCl  Cr ³⁺, Cl₂

б) SO₂ +NaIO₃ + H₂O  SO₄^2—, I^—

267. а) KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄  Mn²⁺, SO₄^2—

б) I₂ + Cl₂ + H₂O  IO₃^—, Cl ^—

268. а) Sn(NO₃)₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  Sn⁴⁺, Cr ³⁺

б) KClO₃ +KCrO₂+ NaOH  CrO₄^2—, Cl ^—

269. а) SnCl₂ + KBrO₃ + HCl  Sn⁴⁺, Br ^—

б) FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄  Fe³⁺, Cl ^—

270. а) Ni(OH)₂ +NaClO + H₂O  Ni(OH)₃, Cl ^—

б) KMnO₄ + Na₂SO₃+ H₂O  SO₄^2—, MnO₂

271. а) MnSO₄ + PbO₂ + H₂SO₄  Pb²⁺, MnO₄ ^—

б) FeCl₂ + KMnO₄ + H₂SO₄  Fe³⁺, Mn²⁺

272. а) MnSO₄ +Cl₂+ KOH  MnO₄^{2 —}, Cl ^—

б) H₃PO₃ + KMnO₄ +H₂SO₄  Mn²⁺, H₃PO₄

273. а) KMnO₄ + NaNO₂+ H₂O  NO₃^—, MnO₂

б) Mn(NO₃)₂ + NaClO + H₂O  Cl ^—, MnO₂

274. а) KMnO₄ + NaNO₂+ H₂SO₄  NO₃^—, Mn²⁺

б) H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  S, Cr ³⁺

275. а) Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH  CrO₄^2—, Cl ^—

б) FeCl₂ +HNO₃ + HCl  Fe³⁺, N₂O

276. а) KClO₃ + MnO₂+ KOH  MnO₄^2—, Cl ^—

б) Na₃AsO₃ +I₂+ H₂O  AsO₄^3—, I ^—

277. а) H₂S + HNO₃  SO₄^2—, NO₂.

б) I₂+ Na₂SO₃ + H₂O  I^—, SO₄^2—

278. а) C + HNO₃  CO₂, NO₂.

б) H₂S + Cl₂ + H₂O  SO₄^2—, Cl ^—

279. а) SnCl₂+ Na₃AsO₃ +HCl  As, Sn⁴⁺

б) (BiO)₂SO₄ + Br₂ + NaOH  BiO₃^—, Br ^—

280. а) Mn(NO₃)₂+ NaBiO₃+ HNO₃  Bi³⁺, MnO₄^—

б) KNO₃ +Zn+ NaOH  ZnO₂^2—, NH₃