Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Для нахождения коэффициентов при составлении окислительно-восстановительных реакций необходимо:

· соблюдение материального баланса (число атомов данного элемента в левой и правой части должно быть одинаково);

· соблюдение электронного баланса: число электронов, отданных восстановителем (Red), должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (Ox), например: Al + Cl ₂® AlCl₃

Red Ox

2 Al - 3 ē = Al³⁺процесс окисления, или полуреакция окисления

3 Cl₂+ 2 ē = 2Cl^–процесс восстановления, или полуреакция восстановления

2Al + 3Cl₂ = 2Al ³⁺ + 6Cl^–

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

При составлении окислительно-восстановительных реакций в водных растворах часто возникает необходимость использовать среду (Н⁺, ОН ^—, Н₂О). При этом, если частица в левой части полуреакции содержит кислорода больше, чем в правой (NO₃^—® NO₂^—), то нужно связать "О²^—"; если частица в левой части полуреакции содержит кислорода меньше, чем в правой части (SO₃^2–® SO₄²^—), то нужно ввести "О²^—" (представлено в табл. 4.1).

Таблица 4.1

Процессы	Среда в окислительно-восстановительных реакциях в расчете на "О²^—" в соединении
	кислая (Н⁺)	щелочная (ОН^-)	нейтральная (Н₂О)
Связать "О²^—" NO₃^—® NO₂^—	О²^—+ 2Н⁺= Н₂О	О²^—+ Н₂О = 2ОН^—	О²^— + Н₂О = 2ОН^—
Ввести "О^2–" SO₃²^—® SO₄²^—	Н₂О = О²^—+ 2Н⁺	2ОН^—= О^2–+ Н₂О	Н₂О = О²^—+ 2Н⁺

Для реакции К₂Cr₂O₇+ КI + Н₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + I₂+ Н₂О + К₂ SO₄

ниже представлена последовательность однотипных операций, с помощью которых составляют уравнения полуреакций с использованием среды.

· Записывают исходные вещества и продукты полуреакций окисления и восстановления (сильные электролиты записывают в виде ионов, а неэлектро-литы, слабые электролиты, газы, осадки - в виде молекул):

Cr₂O₇²^—®Cr³⁺; I^— ® I₂.

· Уравнивают количество атомов элемента, изменяющего степень окисления:

Cr₂O₇²^—®2Cr³⁺; 2I^— = I₂.

· По изменению степени окисления подсчитывают количество отданных или принятых электронов: Cr₂O₇ ²^— + 6 ē ® 2Cr³⁺; 2I^—- 2ē = I₂.

· При необходимости уравнивают кислород и водород, используя правила среды: Cr₂O₇²^— + 6 ē + 14Н⁺ = 2Cr ³⁺ + 7Н₂О

· Проверяют суммарный заряд ионов и электронов левой и правой части уравнения.

· Составляют суммарное ионное уравнение реакции:

Cr₂O₇²^— + 6I ^—+ 14Н⁺ = 2Cr ³⁺ + 3I₂+ 7Н₂О

· Составляют суммарное молекулярное уравнение реакции:

К₂Cr₂O₇+ 6КI+ 7Н₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂+ 7Н₂О + 4К₂ SO₄

Пример 1. Среда кислая.

Na₃PO₃ + KMnO₄+ H₂SO ₄® Na₃PO₄+ MnSO₄ +

Red Ox

5 PO₃³^—-2 ē + Н₂О = PO₄³^— + 2Н⁺

2 MnO₄^— + 5 ē + 8Н⁺ = Mn²⁺+ 4 H₂O

5PO₃³^— + 2MnO₄^—+ 5Н₂О + 16Н⁺= 5PO₄³^—+ 2Mn ²⁺ + 10Н⁺+ 8Н₂О

5PO₃³^—+ 2MnO₄^—+ 6Н⁺= 5PO₄³^—+ 2Mn ²⁺ + 3Н₂О

5Na₃PO₃ + 2KMnO₄+ 3H₂SO₄ = 5Na₃PO₄+ 2MnSO₄ + 3Н₂О + K₂SO₄

Пример 2. Среда щелочная.

KCrO₂ + KClO₄+ KOH® K₂CrO₄ + KCl + ...

Red Ox

8 CrO₂^— - 3 ē + 4ОН^–= CrO₄²^— + 2Н₂О

3 ClO₄ ^—+ 8 ē + 4Н₂О = Cl ^— + 8ОН^—

8CrO₂^—+ 3ClO₄^—+ 32ОН ^— + 12Н₂О = 8CrO₄²^—+ 3Cl ^—+ 16Н₂О + 24ОН^—

8CrO₂^—+ 3ClO₄^—+ 8ОН ^— = 8CrO₄²^—+ 3Cl^—+ 4Н₂О

8KCrO₂+ 3КClO ₄+ 8КОН = 8К₂СrО ₄ + 3КСl + 4Н₂О

Пример 3. Среда нейтральная.

КMnO₄ + MnSO₄+ Н₂О ® MnO₂+

Ox Red

3 Mn ²⁺ - 2 ē + 2Н₂ О = MnO₂+ 4Н⁺

2 MnO₄^—+ 3 ē + 2Н₂О = MnO₂+ 4ОН ^—

3Mn²⁺ + 2MnO₄^—+ 10Н₂О = 5MnO₂ + 12Н⁺ + 8ОН ^—

3Mn²⁺ + 2MnO₄^—+ 2Н₂О = 5MnO₂ + 4Н⁺

3MnSO₄ + 2KMnO₄ + 2Н₂О = 5MnO₂ + K₂SO₄+ 2Н₂SO₄