Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

A Электронный баланс - метод нахождения коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, в котором рассматривается обмен электронами между атомами элементов, изменяющих свою степень окисления. Число электронов, отданное восстановителем равно числу электронов, получаемых окислителем.

Уравнение составляется в несколько стадий:

1. Записывают схему реакции.

KMnO₄ + HCl ® KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

2. Проставляют степени окисления над знаками элементов, которые меняются.

KMn⁺⁷O₄ + HCl^-1® KCl + Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰ + H₂O

3. Выделяют элементы, изменяющие степени окисления и определяют число электронов, приобретенных окислителем и отдаваемых восстановителем.

Mn⁺⁷+ 5ē ® Mn⁺²

2Cl^-1- 2ē ® Cl₂⁰

4. Уравнивают число приобретенных и отдаваемых электронов, устанавливая тем самым коэффициенты для соединений, в которых присутствуют элементы, изменяющие степень окисления.

Mn⁺⁷+ 5ē ® Mn⁺²
2Cl^-1- 2ē ® Cl₂⁰

––––––––––––––––––––––––

2Mn⁺⁷+ 10Cl^-1® 2Mn⁺²+ 5Cl₂⁰

5. Подбирают коэффициенты для всех остальных участников реакции.

2KMn⁺⁷O₄ + 16HCl^-1 ® 2KCl + 2Mn⁺²Cl₂ + 5Cl₂⁰+ 8H₂O

B Электронно-ионный баланс (метод полуреакций) метод нахождения коэффициентов, в которомрассматривается обмен электронами между ионами в растворе с учетом характера среды:

2Cl^1-– 2ē ®	Cl₂⁰
MnO₄^1- + 8H⁺	+ 5ē ®	Mn²⁺ + 4H₂O
7+		2+

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

10Cl^- + 2MnO₄^1- + 16H⁺ ® 5Cl₂⁰ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

(для уравнивания ионной полуреакции используют H⁺, OH^- или воду)

Типичные реакции окисления-восстановления

Реакции с участием перманганата калия в качестве окислителя

При взаимодействии перманганата калия с восстановителем образуются различные продукты восстановления в зависимости от pH среды.

Реакции в кислой среде.

5K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ ® 6K₂S⁺⁶O₄ + 2Mn⁺²SO₄ + 3H₂O

электронный баланс

Mn⁺⁷ + 5ē ® Mn⁺²
S⁺⁴ – 2ē ® S⁺⁶

метод полуреакций

MnO₄^- + 8H⁺ + 5ē ® Mn²⁺ + 4H₂O
SO₃^2- + H₂O – 2ē ® SO₄^2- + 2H⁺

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO₄^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂O ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO₄^2- + 10H⁺

или 2MnO₄^- + 6H⁺ + 5SO₃^2- ® 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO₄^2-

Фиолетовый раствор KMnO₄ обесцвечивается при добавлении раствора K₂SO₃.

Реакции в нейтральной среде

3K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + H₂O ® 3K₂S⁺⁶O₄ +2Mn⁺⁴O₂¯ + 2KOH

электронный баланс

S⁺⁴ – 2ē ® S⁺⁶
Mn⁺⁷ + 3ē ® Mn⁺⁴

метод полуреакций:

MnO₄^1- + 2H₂O + 3ē ® MnO₂ + 4OH^-
SO₃^2- + 2OH^- - 2ē ® SO₄^2-+ H₂O

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₃^2- + 6OH^- ® 2MnO₂ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 3H₂O

или 2MnO₄^- + H₂O + 3SO₃^2- ® 2MnO₂ + 2OH^- + 3SO₄^2-

Фиолетовый раствор KMnO₄ после окончания реакции обесцвечивается и наблюдается выпадение бурого осадка.

Реакции в щелочной среде.

K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 2KOH ® K₂S⁺⁶O₄ +2K₂Mn⁺⁶O₄ + H₂O

электронный баланс

S⁺⁴ – 2ē ® S⁺⁶
Mn⁺⁷ + 1ē ® Mn⁺⁶

метод полуреакций:

SO₃^2- + 2OH^- - 2ē ® SO₄^2-+ H₂O
MnO₄^1- + ē ® MnO₄^2-

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

SO₃^2- + 2OH^- + 2MnO₄^- ® SO₄^2- + H₂O + 2MnO₄^2-

Фиолетовый раствор KMnO₄ превращается в зеленоватый раствор K₂MnO₄.

Таким образом,

Реакции с дихроматом калия в качестве окислителя

Степень окисления хрома понижается с +6 до +3. Наблюдается изменение окраски реакционной массы с желто-оранжевого цвета до зеленого или фиолетового.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 3H₂S^-2 + 4H₂SO₄ ® K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 3S⁰¯ + 7H₂O

электронный баланс:

2Cr⁺⁶+ 6ē ® 2Cr⁺³
S^-2 - 2ē ® S⁰

метод полуреакций:

Cr₂O₇^2-+ 14H⁺ + 6ē ® 2Cr³⁺+ 7H₂O
H₂S⁰- 2ē ® S⁰+ 2H⁺

––––––––––––––––––––––––––––––––––

Cr₂O₇^2-+ 8H⁺+ 3H₂S ® 2Cr³⁺+ 7H₂O + 3S⁰

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 6Fe⁺²SO₄ + 7H₂SO₄ ® 3Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 7H₂O

электронный баланс:

2Cr⁺⁶+ 6ē ® 2Cr⁺³
Fe⁺² – ē ® Fe⁺³

метод полуреакций:

Cr₂O₇^2-+ 14H⁺ + 6ē ® 2Cr³⁺+ 7H₂O
Fe²⁺- ē ® Fe³⁺

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2-+ 14H⁺ ® 2Cr³⁺+ 6Fe³⁺ + 7H₂O

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 14HCl^-1 ® 3Cl₂⁰ + 2KCl + 2Cr⁺³Cl₃ + 7H₂O

электронный баланс:

2Cr⁺⁶+ 6ē ® 2Cr⁺³
2Cl^-1 – 2ē ® Cl₂⁰

метод полуреакций:

Cr₂O₇^2-+ 14H⁺ + 6ē ® 2Cr³⁺+ 7H₂O
2Cl^1- - 2ē ® Cl₂⁰

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

Cr₂O₇^2-+ 6Cl^- + 14H⁺® 2Cr³⁺+ 3Cl₂⁰ + 7H₂O