Вкислойсреде реакция протекает по уравнению

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ ®MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

1. Записываем это уравнение в ионно-молекулярной форме. Для этого все сильные электролиты представляем в виде ионов, а слабый электролит H₂O оставляем в виде молекул:

K⁺+MnO₄^- +Na⁺+NO₂^-+2H⁺ +SO₄^2- ®Na⁺+NO₃^-+ Mn²⁺+SO₄^2- +2K⁺+SO₄^2-+H₂O

2. В уравнении присутствуют ионы Н⁺, следовательно, реакция протекает в кислой среде.

3. Определяем частицы, изменившие свой заряд или состав:

MnO₄^-® Mn²⁺ и NO₂^-® NO₃^-

4. На основании этих превращений составляем материальный баланс с участием частиц среды. Ион MnO₄^- потерял 4 моль атомов кислорода, которые в кислой среде связываются 8 моль ионами водорода и превращаются в воду. Ион NO₂^- с участием воды приобрел 1 моль атомов кислорода:

MnO₄^- + 8H⁺ ® Mn²⁺ + 4H₂O

NO₂^- + H₂О ®NO₃^- + 2Н⁺

5. Полученные полуреакции необходимо уравнять по зарядам. В первом уравнении суммарный заряд слева равен (+7), а справа – (+2), значит, перманганат-ион присоединил 5 электронов и восстановился. Во втором уравнении слева (-1), а справа – (+1), следовательно, ион NO₂^- потерял 2 электрона и окислился:

MnO₄^- + 8H⁺+ 5 ē ® Mn²⁺ + 4H₂O

NO₂^- + H₂О –2 ē ®NO₃^- + 2Н⁺

6. Для соблюдения электронного баланса первое уравнение необходимо умножить на 2, второе уравнение умножить на 5, после чего просуммировать уравнения:

MnO₄^- + 8H⁺+ 5 ē ® Mn²⁺ + 4H₂O 2

+

NO₂^- + H₂О – 2 ē ®NO₃^- + 2Н⁺ 5

2MnO₄^- + 16H⁺ +5NO₂^- + 5H₂О ®2Mn²⁺ + 8H₂O + 5NO₃^- + 10Н⁺

В левой и правой частях уравнения имеются одинаковые частицы: H⁺ и H₂O. После их сокращения получаем сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

2MnO₄^- + 6H⁺ +5NO₂^- + ®2Mn²⁺ + 3H₂O + 5NO₃^-.

7. Далее переносим коэффициенты в исходное уравнение:

2KMnO₄ + 5 KNO₂ +3H₂SO₄ =2MnSO₄ + 5 KNO₃ + K₂SO₄ + 3 H₂O

и проверяем материальный баланс.

2) в нейтральной среде реакция протекает по уравнению

KMnO₄ + KNO₂ + H₂O ®MnO₂ + KNO₃ + KOH

1. Записываем это уравнение в ионно-молекулярной форме. Сильные электролиты записываем в виде ионов, а слабый электролит H₂O и малорастворимый MnO₂ в виде молекул:

K⁺ + MnO₄^- + K⁺ +NO₂^- +H₂O ®MnO₂ + K⁺+ NO₃^- + K⁺ + OH^-

2. В уравнении присутствует Н₂О, следовательно, реакция протекает в нейтральной среде.

3. Определяем частицы, изменившие свой заряд и состав:

MnO₄^- ® MnO₂ и NO₂^- → NO₃^-

4. На основании этих превращений составляем материальный баланс с участием частиц среды. Ион MnO₄^- потерял 2 моль атомов кислорода, которые в нейтральной среде связываются 2 моль H₂О и образуют 4 моль OН^-. Ион NO₂^- с участием воды приобрел 1 моль атомов кислорода:

MnO₄^- + 2H₂О ® MnО₂ + 4OН^-

NO₂^- + H₂О ®NO₃^- + 2 Н⁺

5. Полученные полуреакции необходимо уравнять по зарядам. В первом уравнении слева суммарный заряд равен (-1), а справа – (-4), значит, перманганат-ион присоединил 3 электрона и восстановился. Во втором уравнении слева суммарный заряд (-1), а справа – (+1), следовательно, ион NO₂^- потерял 2 электрона и окислился:

MnO₄^- + 2H₂О+ 3 ē ® MnО₂ + 4OН^-

NO₂^- + H₂О – 2 ē ®NO₃^- + 2 Н⁺

6. Для соблюдения электронного баланса первое уравнение необходимо умножить на 2, второе уравнение умножить на 3, после чего просуммировать уравнения:

+ MnO₄^- + 2H₂О+ 3 ē ® MnО₂ + 4OН^- 2

NO₂^- + H₂О –2 ē ®NO₃^- + 2 Н⁺ 3

2MnO₄^- + 4H₂О +3NO₂^- + 3 H₂О ®2MnO₂+8ОH^- + 6H⁺+3NO₃^-

6 H₂O +2 OН^-

В правой части уравнения имеются 8ОH^- и 6H⁺, которые в сумме образуют 6 моль H₂O и 2 моль ионов OН^-. В левой части уравнения имеется 7 моль H₂О. После сокращения H₂О в левой и правой частях уравнения получаем сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

2MnO₄^- +3NO₂^- + H₂О ® 2MnO₂+2ОH^- +3NO₃^-

7. Далее переносим коэффициенты в исходное уравнение:

2KMnO₄ + 3 KNO₂ +H₂O =2MnO₂ + 3 KNO₃ + 2KOH

и проверяем материальный баланс.

3) в щелочной среде реакция протекает по уравнению

KMnO₄ + KNO₂ + KOH ®K₂MnO₄ + KNO₃ + H₂O

1. Записываем это уравнение в ионно-молекулярной форме. Для этого все сильные электролиты представляем в виде ионов, а слабый электролит H₂O оставляем в виде молекул:

K⁺ +MnO₄^- + K⁺+NO₂^- +K⁺+OH^- ®2K⁺+ MnO₄^2- +K⁺+NO₃^- + H₂O

2. В уравнении присутствуют ионы OH^-, следовательно, реакция протекает в щелочной среде.

3. Определяем частицы, изменившие свой заряд или состав:

MnO₄^- ® MnO₄^2- и NO₂^- → NO₃^-

4. На основании этих превращений составляем материальный баланс с участием частиц среды. Ион MnO₄^- сохранил свой состав, но изменил заряд. Ион NO₂^- в щелочной среде с участием 2 моль OH^- приобрел 1 моль атомов кислорода:

MnO₄^- ® MnO₄^2-

NO₂^- + 2 OH^-→ NO₃^- + Н₂O

5. Полученные полуреакции необходимо уравнять по зарядам. В первом уравнении слева суммарный заряд равен (-1), а справа – (-2), значит, перманганат-ион MnO₄^-присоединил 1 электрон и восстановился. Во втором уравнении слева (-3), а справа – (-1), следовательно, ион NO₂^- потерял 2 электрона и окислился:

MnO₄^- + ē ® MnO₄^2-

NO₂^- + 2 OH^- + 2 ē → NO₃^- + Н₂O

6. Для соблюдения электронного баланса первое уравнение необходимо умножить на 2, после чего просуммировать уравнения:

+ MnO₄^- + ē ® MnO₄^2- 2

NO₂^- + 2 OH^- + 2 ē → NO₃^- + Н₂O

2MnO₄^- + NO₂^- + 2 OH^- ® 2MnO₄^2- + NO₃^- + Н₂O

7. Далее переносим коэффициенты в исходное уравнение:

2KMnO₄ + KNO₂ +2KOH =2K₂MnO₄ + KNO₃ + H₂O

и проверяем материальный баланс.

Пример 4. Рассмотрим метод электронно-ионных уравнений для реакции, в которой окислитель является одновременно и средой на примере:

I₂ + HNO₃® HIO₃ +NO₂ +H₂O

В этой реакции азотная кислота HNO₃ одновременно содержит окислитель ион NO₃^- и создает кислую среду (наличие ионов Н⁺).

1. Представим молекулярное уравнение в ионно-молекулярном виде. Простое вещество I₂, газ NO₂, и слабый электролит H₂O оставляем в виде молекул:

I₂ + H⁺ + NO₃^-® IO₃^- +NO₂ +H₂O

2. Далее составим полуреакции окисления и восстановления с учетом того, что реакция протекает в кислой среде, и для соблюдения электронного баланса умножим первое уравнение на 10, а затем полуреакции просуммируем:

 

NO₃^- + 2H⁺ + ē ®NO₂ +H₂O 10

+ I₂ + 6H₂O - 10 ē ® 2IO₃^- + 12H⁺

10NO₃^- + 20 H⁺ + I₂ + 6H₂O®10NO₂ +10 H₂O + 2 IO₃^- + 12H⁺

 

После сокращения ионов H⁺ в левой и правой частях уравнения получим суммарное ионно-молекулярное уравнение:

10NO₃^- + 8 H⁺ + I₂ ®10NO₂ +4 H₂O + 2 IO₃^-

 

3. Затем полученные коэффициенты перенесем в молекулярное уравнение реакции. Учитывая, что ионы NO₃^- и H⁺ входят в состав одного и того же соединения, а количество их разное, перед HNO₃ ставится максимальный коэффициент, так как часть азотной кислоты расходуется на создание кислой среды. Таким образом, полное уравнение:

I₂ + 10HNO₃®2HIO₃ +10NO₂ +4H₂O

Пример 5. Окислительно- восстановительная реакция выражается ионным уравнением: Cr₂O₇^2– + I^– + H⁺ → Cr³⁺ + I₂ + H₂O

Составьте полное молекулярнoe уравнениe.

Решение. Полное молекулярное уравнение означает, что в уравнение входят нейтральные вещества и имеется материальный баланс по атомам всех

элементов. Чтобы создать баланс, необходимо расставить коэффициенты в уравнении. Для определения коэффициентов используем метод электронно-ионных уравнений:

+ Cr₂O₇^2–+ 14 H⁺ +6 ē → 2 Cr³⁺ + 7H₂O

2I^– - 2 ē → I₂ 3

Cr₂O₇^2– +6 I^– + 14 H⁺ →2 Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O

Для написания молекулярного уравнения к имеющимся в реакции ионам подбираем противоположно заряженные ионы таким образом, чтобы нейтральные вещества являлись сильными электролитами. К анионам Cr₂O₇^2– и I^– добавляем такие катионы, c которыми анионы образуют хорошо растворимые соли (например, К⁺ и Na⁺); а к катионам Н⁺ добавляем такой кислотный остаток, который приводит к образованию сильной кислоты (например, SO₄ ^2-). Таким образом, получаем уравнение:

К₂Cr₂O₇^2– +6NaI + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄) + 3I₂ + 3H₂O

Введение в левую часть уравнения ионов К⁺ и Na⁺ приводит к образованию соответствующих солей в правой части уравнения:

К₂Cr₂O₇^2– +6NaI + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂ + 7H₂O + K₂SO₄ + 3Na₂SO₄