Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Метод электронного баланса.

Чтобы составить уравнение окислительно-восстановительной реакции, надо знать свойства взаимодействующих веществ и на их основе предугадать образование новых веществ. Окончательно вопрос о продуктах реакции может быть решен экспериментально. Например, при взаимодействии сероводорода с бихроматом калия в кислой среде изменяется цвет раствора из оранжевого в зеленый, характерный для соединений трехвалентного хрома, также раствор мутнеет вследствие выпадения в осадок серы.

Запись исходных и конечных продуктов реакции с указанием степеней окисления атомов, изменяющих ее (степень окисления), выглядит так:

K₂Cr⁺⁶₂O₇ + H₂S^-2 + H₂SO₄ → Cr⁺³₂(SO₄)₃ + S⁰ + K₂SO₄

 

Так как вода может получаться или расходоваться в реакциях, то ее записывают в той или иной части равенства при окончательном подсчете атомов водорода и кислорода.

В приведенных соединениях изменяют степень окисления только хром и сера:

2Cr⁺⁶ + 6 е → 2Cr⁺³ 2 1 – окислитель

S^-2 – 2 е → S⁰ 6 3 – востановитель

 

Переход Cr⁺⁶ → Cr⁺³ формально отвечает присоединению трех электронов, а переход S^-2 → S⁰ соответствует потере двух электронов. Следовательно, K₂Cr₂O₇ – окислитель, H₂S – восстановитель.

Во всех окислительно-восстановительных реакциях общее число электронов, отдаваемых восстановителем, равно общему числу электронов, присоединяемых окислителем. Исходя из этого, подбираем основные коэффициенты для окислителя (1) и восстановителя (3) в уравнении реакции:

K₂Cr⁺⁶₂O₇ + 3H₂S^-2 + H₂SO₄ → Cr⁺³₂(SO₄)₃ + 3S⁰ + K₂SO₄

 

Остальные коэффициенты находят при подсчете баланса других элементов (пока без атомов кислорода и водорода), в данном случае атомов калия, а затем и групп SO₄^2-. По числу атомов водорода в исходных веществах (14) находим число образовавшихся молекул воды (7) и дописываем уравнение реакции:

K₂Cr⁺⁶₂O₇ + 3H₂S^-2 + 4H₂SO₄ = Cr⁺³₂(SO₄)₃ + 3S⁰ + K₂SO₄ + 7Н₂О

 

Для проверки правильности подобранных коэффициентов подсчитывают баланс кислорода: в левой и правой частях равенства по 23 атома О.

В тех случаях, когда в реакции число элементов, изменяющих свою степень окисления, больше двух, устанавливают общее число электронов, теряемых восстановителями, и общее число электронов, приобретаемое окислителями, а в остальном поступают обычным образом.

Например:

+ HN⁺⁵O₃ + H₂O → + H₂S⁺⁶O₄ + N⁺²O

 

Довольно часто встречаются случаи, когда соединение, кроме выполнения окислительной или восстановительной функции, идет также на связывание продуктов реакции (степени окисления элементов не изменяются).

Рассмотрим составление уравнения подобной реакции на примере взаимодействия перманганата калия с концентрированной соляной кислотой. Перманганат калия – окислитель, соляная кислота – восстановитель и одновременно среда, в которой протекает процесс. Поэтому в уравнении реакции целесообразно формулу соляной кислоты написать дважды:

KMnO₄ + HCl + HCl →

окислитель восстановитель среда

Зная, что в кислой среде превращение KMnO₄ сопровождается изменением степени окисления марганца от +7 до +2, запишем продукты реакции:

KMn⁺⁷O₄ + HCl^-1 + HCl^-1 → Mn⁺²Cl₂ + Cl⁰₂ + KCl^-1

Составим уравнения электронного баланса:

Mn⁺⁷ + 5 e → Mn⁺² 1 2 – окислитель

Cl^-1 – 1 е → Cl 5 10 – восстановитель

 

Так как молекула хлора состоит из двух атомов, оба основных коэффициента удваиваются (соотношение 1:5 должно сохраняться в уравнении реакции):

2KMnO₄ + 10HCl + HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂ + KCl

восст-ль среда

По числу атомов калия в левой части уравнения находим число молекул KCl (2). По числу атомов хлора в правой части уравнения, не изменивших степень окисления, находим коэффициенты перед HCl – средой.

2KMnO₄ + 10HCl + 6HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 2KCl

Определяем число молекул воды и записываем уравнение в окончательном виде:

2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 2KCl + 8Н₂О

Рассмотренная последовательность составления уравнений окислительно-восстановительных реакций принята в методе электронного баланса.