Окислительно-восстановительные реакции

Для подбора стехиометрических коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях используется метод электронно-ионного баланса. Этот метод применяется для реакций, протекающих в растворах. При составлении электронно-ионных уравнений выполняются законы сохранения массы и электрического заряда.

На окислительно-восстановительные реакции влияет среда раствора – кислая, щелочная, нейтральная. Если в исходных веществах или продуктах содержится кислота, то в ионно-электронных уравнениях используют не только формулы окислителя и восстановителя, но и катионы водорода Н⁺ и молекулы воды. Если в исходных веществах или продуктах реакции имеется щелочь, то используют гидроксид-ион ОН^- и молекулы воды. При этом число атомов кислорода уравнивается добавлением гидроксид-ионов в ту часть полуреакции, где кислорода недостает, причем количество ОН^- -групп берут, как правило, в два раза больше, чем нужно по расчету. Далее число атомов кислорода и водорода окончательно уравнивается молекулами воды.

Пример. Рассмотрим порядок составления уравнений взаимодействия между перманганатом калия и сульфитом калия в кислой среде:

KMnO₄ + К₂SO₃ + Н₂SO₄ → К₂SO₄ + MnSO₄ + Н₂О

1. Запишем ионно-молекулярную схему реакции, укажем одной и двумя черточками частицы, изменившие степень окисления:

K⁺ + MnO₄ ^- + 2K⁺ + SO₃ ^2- + 2H⁺ + SO₄ ^2- ® 2K⁺ + SO₄ ^2- + Mn²⁺ + SO₄^2-+ Н₂О

Составим схемы полуреакций восстановления и окисления с указанием исходных и образующихся в условиях реакции ионов и молекул. Уравняем число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций, при этом следует помнить, что в кислой среде атомы кислорода уравниваются молекулами воды: а атомы водорода – катионами водорода. Уравняем суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции, для этого следует прибавить или отнять в левой части полуреакции необходимое число электронов. Подберем множители для полуреакций так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении. Для этого уравнение (1) надо умножить на 2, уравнение (2) на 5:

2 MnO^-₄ + 8H⁺ + 5e^- ® Mn²⁺ + 4H₂O (1)

5 SO^2-₃ + H₂O – 2e ® SO₄^2- + 2H⁺ (2)

Запишем уравнения полуреакций с учетом найденных коэффициентов:

2 MnO^-₄ + 16H⁺ + 5SO^2-₃ + 5H₂O =2Mn²⁺ + 8 H₂O+ 5 SO₄^2-+ 10H⁺

Приведем подобные члены. Слева 16Н⁺, а справа 10Н⁺, значит слева остается 6Н⁺. Слева 5 H₂O, справа 8 H₂O, значит справа запишем 3H₂O:

2 MnO^-₄ + 6H⁺ + 5SO^2-₃ = 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO₄^2-

Расставим найденные коэффициенты в исходное уравнение реакции. При этом следует учесть, что серная кислота двухосновная, поэтому перед формулой Н₂SO₄ ставим коэффициент 3. Кроме окислительно-восстановительной реакции имеет место солеобразование: два иона калия из KMnO₄ связываются серной кислотой в дополнительную молекулу К₂SO₄ в молекулярном уравнении реакции следует поставить коэффициент 6 (5+1):

2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O

Правильность подбора коэффициентов в уравнении можно проверить, подсчитав число атомов кислорода в исходных веществах (35) и в продуктах реакции. В данном примере это тоже 35, следовательно, коэффициенты подобраны верно.

Коэффициенты можно также подобрать методом электронного баланса.

окислитель 2 Mn ⁺⁷+ 5e^- ® Mn²⁺

восстановитель 5 S ⁺⁴ – 2e ® S ⁺⁶

Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции, идущей по следующей схеме. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое - восстановителем; какое вещество окисляется, какое - восстанавливается.

56. KMnO₄+ H₃PO₃+ H₂SO₄ → MnSO₄+ Н₃РО₄+ K₂SO₄ + Н₂О

57. Na₂SO₃ + KMnO₄ + Н₂О → Na₂SO₄ + MnO₂ + КОН

58. КВг + КВrOз + H₂SO₄ → Br₂ + K₂SO₄ + Н₂О

59. KMnO₄+ Na₂SO₃ + KOH → K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

60. AsH₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

61. Cd + KMnO₄ + H₂SO₄ → CdSO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

62. Cr₂O₃ + KC1O₃ + КОН → К₂СrO₄ + КС1 + Н₂О

63. MnSO₄ + РbО₂ + HNO₃ → HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O

64. FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

65. K₂Cr₂O₇ + H₃PO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + H₃PO₄ + K₂SO₄ + H₂O

66. H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Контрольные задания №7