Остановимся подробнее на методе электронно-ионного баланса.
Чтобы составить такое уравнение окислительно-восстановительной реакции необходимо следующее:
1. Записать схему реакции, определить ионы (молекулы), участвующие в процессе окисления-восстановления. Для них найти заряды ионов, а не степени окисления соответствующих атомов (продукты реакции определяют опытным путем или на основании справочных данных).
2. Составить ионные уравнения для каждой полуреакции. При этом сильные электролиты следует записывать в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы – в виде молекул, а также следует учитывать количество атомов кислорода в исходных веществах и продуктах реакции:
а) если исходный ион (молекула) содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами водорода с образованием молекул воды; в нейтральной и щелочной средах кислород реагирует с молекулами воды с образованием гидроксид-ионов;
б) если исходный ион (молекула) содержит меньшее число атомов кислорода, чем образующееся соединение, то недостаток их атомов компенсируется в кислых и нейтральных растворах за счет молекул воды, а в щелочных растворах – за счет гидроксид-ионов.
3. На основании закона сохранения массы и закона электронейтральности
(суммарное число зарядов продуктов реакции должно быть равно суммарному
числу зарядов исходных веществ) при составлении уравнений следует
соблюдать баланс веществ и баланс зарядов.
Для примера рассмотрим туже реакцию, которая протекает при взаимодействии нитрата калия и перманганата калия в кислой среде
KNO2 + KMnO4 + H2SO4 → KNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
или в ионной форме:
K+ + NO2- + K+ + MnO4- + 2H+ + SO42- → K+ + NO3- + Mn2+ + SO42- + 2K+ + SO42- + H2O
Из схемы реакции видно, что в окислении-восстановлении участвуют ионы (молекулы):
NO2- + MnO4- + 2H+ → NO3- + Mn2+ + H2O
1. Составим электронно-ионные уравнения для каждой полуреакции
а) NO2- → NO3-
недостающий в левой части кислород компенсируем за счет молекул воды, при этом для сохранения баланса веществ необходимо поставить одну молекулу воды, а в правую часть – 2Н+
NO2- + H2O → NO3- + 2H+,
При соблюдении равенства зарядов правой и левой частей уравнения схема принимает следующий вид:
(NO2- + H2O)- - 2е- = (NO3- + 2H+)+
б) Ионы MnO4- в кислой среде восстанавливаются до ионов Mn2+ (малиновая окраска изменяется до безцветной):
MnO4- → Mn2+,
избыточный в левой части уравнения кислород следует связать ионами водорода, так как реакция протекает в кислой среде, причем для сохранения баланса веществ необходимо прибавить 8Н+, а в правую часть – 4Н2О
MnO4- +8Н+ → Mn2+ + 4Н2О;
Учитывая необходимость баланса зарядов, предыдущая схема должна быть дополнена
(MnO4- +8Н+)+7 +5е- = (Mn2+ + 4Н2О)+2
2. Для составления полного ионного уравнения процессов окисления-восстановления этой реакции необходимо суммировать полученные полуреакции. Так как число электронов, отданное восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем, умножаем уравнение реакции восстановления на 2, а окисления на 5, затем складываем
 |
5 NO2- + H2O - 2е- = NO3- + 2H+ - процесс окисления
2 MnO4- +8Н+ +5е- = Mn2+ + 4Н2О - процесс восстановления
____________________________________________________________
5NO2- + 5H2O + 2MnO4- + 16H+ = 5NO3- + 10H+ + 2Mn2+ + 8H2O
3. Производим возможные упрощения (приведение подобных членов)
5NO2- + 2MnO4- + 6H+= 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O
4. На основании коэффициентов суммарного ионного уравнения расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении реакции, учитывая при этом ионы, не изменившиеся до и после реакции (K+ и SO42-)
5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 +3H2O
Таким образом, используя электронно-ионное уравнение, мы получаем сразу все коэффициенты.
Электронно-ионный метод более реально отражает процессы, происходящие в ходе реакции. В растворе нет ионов N+3, Mn+7, N+5 («гипотетические» ионы), но есть ионы NO2-, MnO4- и NO3- (реальные ионы).
