Окислительно-восстановительных реакций

(метод электронно-ионного баланса)

1. Записать уравнение реакции, определить степень окисления каждого элемента и найти элементы, которые в результате реакции изменяют степень окисления, выделить окислитель и восстановитель.

2. Составить полуреакции окисления и восстановления с учетом правил написания ионных уравнений: слабые электролиты, неэлект-ролиты, труднорастворимые соединения записываются в молеку-лярном виде, а сильные электролиты – в ионном.

3. Уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций. При этом в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы воды, ионы водорода или гидроксида.

Уравнивание кислорода происходит по-разному в кислой, нейтральной и щелочной средах.

В кислой среде в ту часть уравнения, где недостаток кислорода, следует приписать столько молекул H₂O, каков недостаток кислорода, а в противоположную часть полуреакции – соответству-ющее число ионов водорода.

В щелочной среде в ту часть уравнения, где кислород в недостатке, следует записать вдвое больше ионов гидроксида, чем не хватает кислорода, а в противоположную часть полуреакции – соответствующее число молекул Н₂О.

В нейтральной среде прием уравнивания зависит от продуктов реакции.

4. Суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции должно быть одинаковым. Это достигается путем добавления к левой части или отнятия от левой части полуреакции необходимого числа электронов.

5. Составить электронный баланс, т.е. соблюдая равенство числа отдаваемых и принимаемых электронов, найти для каждой полуреакции наименьший множитель, который одновременно является определяемым коэффициентом.

6. Сложить уравнения полуреакций с учетом найденных коэффициентов и сократить, если необходимо, в обеих частях результирующего уравнения одинаковые частицы. Коэффициенты перенести в уравнение химической реакции.

7. Определить недостающие коэффициенты в уравнении реакции, последовательно уравнивая число атомов металлов, затем неметаллов и водорода.

8. Проверить правильность расстановки коэффициентов в уравнении реакции по числу атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Пример 3. Уравнять методом полуреакций окислительно-восстановительную реакцию:

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Решение.

+1 -2

+1 +6 -2

+2 +6 -2

+3 +6 -2

+1 +6 -2

+1 +7 -2

+2 +6 -2

Сначала необходимо расставить степени окисления элементов:

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Видно, что в ходе реакции степень окисления железа повышается от +2 до +3 (процесс окисления), а марганца, входящего в кислотный остаток, – понижается от +7 до +2 (процесс восстановления).

Таким образом:

2Fe²⁺ - 2ē 2Fe³⁺ (полуреакция окисления).

Для составления уравнения полуреакции восстановления используется схема:

MnO₄^- Mn²⁺.

В правой части не хватает четырех атомов кислорода, следовательно, в правую часть следует прибавить четыре молекулы воды, а в левую часть – восемь ионов Н :

MnO₄^- + 8H⁺ Mn²⁺ + 4H₂O.

Суммарный заряд левой части равен +7, заряд правой части +2. Чтобы заряд левой части был равен заряду правой части, необходимо прибавить к левой части пять электронов:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē Mn²⁺ + 4H₂O.

Отношение числа электронов, отданных при окислении железа и принятых при восстановлении марганца, составляет 2:5, следова-тельно, складывая уравнения двух полуреакций, необходимо первое умножить на 5, а второе на 2:

2Fe²⁺ – 2ē 2Fe³⁺
MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē Mn²⁺ + 4H₂O
10Fe²⁺ + 2MnO₄^- + 16H⁺ 10Fe³⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

В молекулярной форме уравнение имеет следующий вид:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Пример 4. Уравнять методом полуреакций следующую окислительно-восстановительную реакцию:

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

+1 -2 +1

+1 +3 -2

+1 -2

+1 -1

+1 +6 -2

Решение.

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

В ходе реакции степень окисления хрома, находящегося в кислотном остатке, повышается от +3 до +6 (процесс окисления), а брома понижается от 0 до −1 (процесс восстановления).

Таким образом:

Вr₂ + 2ē 2Br^- (полуреакция восстановления).

Для составления уравнения полуреакции окисления используется схема:

CrO₂^- CrO₄²^-.

В левой части не хватает двух атомов кислорода, следовательно, в левую часть следует прибавить четыре иона ОН^– (вдвое больше, чем не хватает кислорода), в правую часть – две молекулы воды:

CrO₂^- + 4ОН^- CrO₄²^- + 2H₂O.

Суммарный заряд левой части равен –5, заряд правой части равен –2. Чтобы заряд левой части был равен заряду правой части, необходимо из левой части вычесть три электрона:

CrO₂^- + 4ОН^- – 3ē CrO₄²^- + 2H₂O.

Поскольку отношение чисел электронов, отданных при окислении и принятых при восстановлении, равно 3:2, то, складывая уравнения двух полуреакций, первое следует умножить на 2, а второе – на 3:

CrO₂^- + 4ОН^- – 3ē CrO₄²^- + 2H₂O
Вr₂ + 2ē 2Br^-
CrO₂^- + 8ОН^- + 3Br₂ 2CrO₄²^- + 4H₂O + 6Br^-

В молекулярной форме уравнение имеет следующий вид:

2KCrO₂ + 3Br₂ + 8KOH = 2K₂CrO₄ + 6KBr + 4H₂O.