Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Вопросы для самостоятельной подготовки

Данный метод подсчета отданных и принятых электронов проводят в соответствии со значениями степеней окисления атомов до и после реакции. При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций нужно пользоваться следующими правилами:

1. Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции; найти атомы элементов, которые изменяют степени окисления; определить, кто из них является окислителем, а кто - восстановителем.
2. Составить схемы процессов окисления и восстановления в виде электронных уравнений.
3. Уравнять число отданных и принятых электронов и составить уравнение электронного баланса с учетом найденных дополнительных множителей.
4. Перенести выявленные коэффициенты в схему уравнения.
5. Для соединений, не участвующих в переходе электронов, нахождение коэффициентов провести, сопоставляя число атомов в левой и правой частях уравнения.
6. Проверить правильность расстановки коэффициентов, подсчитав число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Пример 1. Окисление алюминия кислородом протекает по схеме:

Al + O 2 > Al 2 O 3

Степени окисления изменяют атомы алюминия и кислорода:

Al о + O 2 о > Al 2 3+ O 3 2-

Алюминий повышает степень окисления, следовательно, проявляет восстановительные свойства. Кислород понижает степень окисления, значит, выступает в роли окислителя. Составляем электронные уравнения процесса окисления алюминия и процесса восстановления кислорода:

Al о - 3e- = Al 3+ (процесс окисления)

O 2 о + 4e- = 2O 2- (восстановление).

Электронный обмен является эквивалентным, поэтому определяем наименьшее общее кратное число перемещаемых электронов; в данном случае оно равно 12. Находим дополнительные множители для отданных и принятых электронов, поделив 12 на 3 и на 4, соответственно.

Al о - 3e- = Al 3+ ¦4

O 2 о + 4e- = 2O 2- ¦ 3

Найденные множители являются коэффициентами перед формулами восстановителя и окислителя в левой части уравнения:

4Al + 3O 2 > 4 Al 3+ + 6O 2-

Эти же коэффициенты должны отражать число соответствующих атомов в продуктах окисления и восстановления в правой части уравнения. В нашем случае: число атомов алюминия со степенью окисления (+3) равно 4 (т.к.2Ч2= 4). Число атомов кислорода в правой части уравнения равно 6 (т.к. 2Ч3 = 6).

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 .

Пример 2. При сливании растворов иодида калия и хлорида железа (III) реакция протекает по следующей схеме: KI + FeCl 3 > I 2 + FeCl 2 + KCl

Определяем степени окисления атомов, которые изменяются при прохождении реакции, подчеркнем эти атомы; затем находим восстановитель и окислитель:

KIЇ + Fe3+Cl3 > I2о+ Fe2+Cl2 + KCl

У подчеркнутых элементов изменились степени окисления: иодид-ион является восстановителем, катион железа (III) - окислителем. Составляем электронные уравнения процесса окисления и процесса восстановления:

2I Ї - 2e- = I 2 о (процесс окисления)

Fe 3+ + e- = Fe 2+ (восстановление).

Находим наименьшее общее кратное число перемещаемых электронов и дополнительные множители для процессов окисления и восстановления.

2I Ї - 2e- = I 2 о ¦1

Fe 3+ + e- = Fe 2+ ¦2

Складывая почленно, с учетом найденных множителей, получим:

2I Ї + 2Fe 3+ = I 2 о + 2Fe 2+

Переносим найденные коэффициенты в схему уравнения:

2KI + 2FeCl 3 > I 2 + 2FeCl 2 + KCl.

Осталось уравнять число атомов калия в левой и правой части уравнения:

2KI + 2FeCl 3 > I 2 + 2FeCl 2 + 2KCl.

Чаще всего окислительно-восстановительные реакции имеют более сложный характер и расстановка коэффициентов в таких уравнениях представляют сложную задачу. Естественно, если окислительно-восстановительная реакция протекает в неводной среде или в водном растворе, но без участия молекул воды и ее составляющих, то расставлять коэффициенты в таких уравнениях нужно методом электронного баланса.

Чтобы правильно составить уравнение окислительно-восстановительной реакции нужно знать свойства взаимодействующих веществ и на этой основе предугадать продукты, которые могут образоваться в тех или иных условиях. Очень часто в процессах, протекающих в водных растворах, бывают задействованы молекулы воды, ионы водорода или гидроксильные ионы. В этом случае нужно пользоваться методом электронно-ионного баланса (методом полуреакций).

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций можно использовать два метода: метод электронного баланса и метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций).

Метод электронного баланса . Данный метод подсчета отданных и принятых электронов проводят в соответствии со значениями степеней окисления атомов до и после реакции . При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций нужно пользоваться следующими правилами:

1. Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции; найти атомы элементов, которые изменяют степени окисления; определить, кто из них является окислителем, а кто - восстановителем.
2. Составить схемы процессов окисления и восстановления в виде электронных уравнений.
3. Уравнять число отданных и принятых электронов и составить уравнение электронного баланса с учетом найденных дополнительных множителей.
4. Перенести выявленные коэффициенты в схему уравнения.
5. Для соединений, не участвующих в переходе электронов, нахождение коэффициентов провести, сопоставляя число атомов в левой и правой частях уравнения.
6. Проверить правильность расстановки коэффициентов, подсчитав число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Пример 1. Окисление алюминия кислородом протекает по схеме:

Al + O 2 > Al 2 O 3

Степени окисления изменяют атомы алюминия и кислорода:

Al о + O 2 о > Al 2 3+ O 3 2 -

Al о - 3e- = Al 3+ (процесс окисления)

O 2 о + 4e- = 2O 2 - (восстановление).

Al о - 3e- = Al 3+ ¦4

O 2 о + 4e- = 2O 2 - ¦ 3

4Al + 3O 2 > 4 Al 3+ + 6O 2 -

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 .

Пример 2. При сливании растворов иодида калия и хлорида железа (III) реакция протекает по следующей схеме:

KI + FeCl 3 > I 2 + FeCl 2 + KCl

KI Ї + Fe 3+ Cl 3 > I 2 о + Fe 2+ Cl 2 + KCl

2I Ї - 2e- = I 2 о (процесс окисления)

Fe 3+ + e- = Fe 2+ (восстановление).

2I Ї - 2e- = I 2 о ¦1

Fe 3+ + e- = Fe 2+ ¦2

Складывая почленно, с учетом найденных множителей, получим:

2I Ї + 2Fe 3+ = I 2 о + 2Fe 2+

Переносим найденные коэффициенты в схему уравнения:

2KI + 2FeCl 3 > I 2 + 2FeCl 2 + KCl.

Осталось уравнять число атомов калия в левой и правой части уравнения:

2KI + 2FeCl 3 > I 2 + 2FeCl 2 + 2KCl.

Чаще всего окислительно-восстановительные реакции имеют более сложный характер, и расстановка коэффициентов в таких уравнениях представляют сложную задачу. Естественно, если окислительно-восстановительная реакция протекает в неводной среде или в водном растворе, но без участия молекул воды и ее составляющих, то расставлять коэффициенты в таких уравнениях нужно методом электронного баланса.

Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций). В данном методе коэффициенты подбираются с помощью электронно-ионных уравнений , которые отличаются от электронных уравнений тем, что в них записываются реально существующие в водных растворах или расплавах ионы . Порядок действий практически такой же, как и в методе электронного баланса.

1. Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции; затем найти атомы элементов, которые изменяют степени окисления; определить, кто из них является окислителем, а кто - восстановителем.
2. Составить схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных веществ и продуктов, которые реально существуют в условиях протекания реакции.
3. Уравнять число атомов каждого элемента в обеих частях каждой полуреакции с учетом того, что в процессах окисления и восстановления могут участвовать молекулы воды, ионы водорода или гидроксильные ионы.
4. Уравнять суммарное число зарядов в левой и правой части каждой полуреакции; для чего прибавить (или отнять) соответствующее число электронов к левым частям полуреакций окисления и восстановления.
5. Подобрать дополнительные множители (основные коэффициенты) для полуреакций таким образом, чтобы число электронов, отданных при окислении, было равно числу электронов, принятых при восстановлении.
6. Сложить уравнения полуреакций с учетом найденных основных коэффициентов.
7. Расставить остальные коэффициенты в уравнении реакции. Проверить правильность расстановки коэффициентов: число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковым.

Важно помнить, что в водных растворах связывание избыточного кислорода из исходных веществ и продуктов происходит по-разному в кислой, нейтральной или щелочной средах.

Так, в кислой среде каждый избыточный атом кислорода из окислителя связывается с двумя ионами водорода в молекулу воды :

О 2- + 2Н + = Н 2 О.

В нейтральной и щелочной среде избыточный кислород связывается молекулами воды с образованием гидроксид-ионов .

Тема – 6: Расстановка коэффициентов в схемах окислительно – восстановительных реакций методом электронного баланса при составлении уравнений.

Студент должен:

Знать:

· Основные понятии и сущность окислительно – восстановительных реакций.

· Правила составления окислительно – восстановительных реакций методом электронного баланса.

Уметь:

· Классифицировать реакции с точки зрения степени окисления.

· Определять и применять понятия – степень окисления, окислители и восстановители, процесс окисления и восстановления.

6.1 Окислительно-восстановительные реакции

Химические реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов в молекулах реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными .

Изменение степеней окисления связано с перемещением электронов от одного атома к другому. Одни атомы отдают электроны, а другие атомы присоединяют их.

Процесс отдачи электронов называется окислением . В процессе окисления степень окисления элемента повышается.

Процесс присоединения электронов называется восстановлением . В процессе восстановления степень окисления элемента понижается.

Окисление и восстановление - это два неразрывных процесса, они протекают одновременно и один из них не может осуществляться без другого.

Атомы, молекулы или ионы, которые отдают в ходе реакции электроны, называются восстановителями. Восстановители в процессе реакции окисляются.

Атомы, молекулы или ионы, которые присоединяют в ходе реакции электроны, называются окислителями. Окислители в процессе реакции восстанавливаются.

Окислительно-восстановительные свойства атомов (т. е. способность атомов принимать или отдавать электроны) зависят от степени окисления, в которой находятся эти атомы в соединениях.

Окислитель в процессе реакции восстанавливается, т. е. присоединяет определенное число электронов. Поэтому окислителем может быть атом, который способен принять электроны на свой внешний электронный слой.

Восстановитель в процессе реакции окисляется, т. е. отдает определенное число электронов. Поэтому восстановителем может быть атом, способный отдавать электроны со своего внешнего электронного слоя.

Атомы в соединениях могут находиться в одном из следующих состояний:

а) в высшей степени окисления;

б) в промежуточной степени окисления;

в) в низшей степени окисления.

Для примера рассмотрим окислительно-восстановительные свойства атома серы в различной степени окисления. Степень окисления показывает электрический заряд на атоме (исходя из предположения, что вещества состоят из ионов), тогда условно состояние атома серы в разных степенях окисления, можно описать следующим образом:

https://pandia.ru/text/80/242/images/image002_33.jpg" width="392" height="187 src=">

2. Вещества, которые могут быть только восстановителями . В молекулах таких веществ элементы, изменяющие степень окисления, находятся в низшей степени окисления (табл. 12)

https://pandia.ru/text/80/242/images/image004_24.jpg" width="407" height="216 src=">

Все простые вещества-неметаллы (кроме F2) могут быть и окислителями, и восстановителями. Все простые вещества металлы могут быть только восстановителями.

6.2. Типы окислительно-восстановительных реакций

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций.

1. Межмолекулярные реакции - реакции, которые идут с изменением степеней окисления атомов в различных молекулах, т. е. элемент-окислитель и элемент-восстановитель находятся в разных веществах.

2. Внутримолекулярные реакции - реакции, в которых атомы, изменяющие свои степени окисления, находятся в одной молекуле, т. е. элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав одного вещества.

3. Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) - реакции, которые идут с изменением степени окисления атомов одного и того же элемента. При этом исходное вещество образует соединения, одно из которых содержит атомы данного элемента с более высокой, а другое - с более низкой степенями окисления. Эти реакции возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций используют метод электронного баланса и метод полуреакций.

Метод электронного баланса : в его основе лежит правило: общее число электронов, которое отдает восстановитель, должно быть равно общему числу электронов, которое присоединяет окислитель.

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций осуществляется в несколько этапов:

1) записывают схему реакции с указанием степеней окисления элементов в молекулах исходных веществ и продуктов реакции и определяют элементы, которые изменяют свои степени окисления;

2) составляют уравнения процессов окисления и восстановления;

3) уравнивают число присоединенных и число отданных электронов введением множителей, исходя из наименьшего общего кратного для чисел электронов в процессах окисления и восстановления;

4) найденные коэффициенты подставляют в уравнение реакции перед формулами веществ, которые содержат частицы, участвующие в процессах окисления и восстановления;

5) коэффициенты перед формулами оставшихся веществ находят методом подбора;

6) проверяют правильность составления уравнения (обычно достаточно проверить баланс атомов кислорода в левой и правой частях уравнения)

Например : составить уравнение реакции взаимодействия сероводорода с подкисленным раствором перманганата калия.

Сначала пишут схему реакции - формулы исходных и полученных веществ:

H2S + KMn04 + H2S04 -» S + MnS04 + KaS04 + Н20

Затем определяют степени окисления атомов до и после реакции:

https://pandia.ru/text/80/242/images/image006_21.jpg" width="191" height="71 src=">

Находят коэффициенты при окислителе и восстановителе, а затем при других реагирующих веществах. Из электронных уравнений видно, что надо взять 5 молекул H2S и 2 молекулы КМn04, тогда получится 5 атомов серы и 2 молекулы MnS04. Кроме того, из сопоставления числа атомов в левой и правой частях уравнения находят, что образуется также 1 молекула K2S04 и 8 молекул воды. Окончательное уравнение реакции имеет вид

5H2S + 2KMn04 + 3H2S04 = = 5S + 2MnS04 + K2S04 + 8H20

Правильность написания уравнения подтверждается подсчетом атомов кислорода: в левой части их 2 4 + 3 4 = 20 и в правой 2 4 + 4 + 8 = 20.

Вопросы для самостоятельной подготовки.

1. Подберите коэффициенты в уравнениях следующих окислительно – восстановительных реакциях:

А) Al + Fe3O4 → Al2O3 + Fe

Б) FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

В) Mg + HNO3(разб) → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

Г) Al + NaOH + H2O → Na + H2

Д) Fe (OH)2 + O3 + H2O → Fe(OH)3

2.Используя метод электронного баланса, составите уравнения следующих окислительно – восстановительных реакций:

А) FeS + O2 → Fe2O3 + SO2

Б) FeCl3 + KI → I2 + …

В) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + …

Г) P + KClO3 → P2O5 + KCl

Д) KClO3 → KCl + O2

Е) Ca3(PO4)2 + C + SiO2 → CaSiO3 + P + CO

Спецификой многих ОВР является то, что при составлении их уравнений подбор коэффициентов вызывает затруднение. Для облегчения подбора коэффициентов чаще всего используют метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Рассмотрим применение каждого из этих методов на примерах.

Метод электронного баланса

В его основе лежит следующее правило : общее число электронов, отдаваемое атомами-восстановителями, должно совпадать с общим числом электронов, которые принимают атомы-окислители .

В качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.

Сначала необходимо составить схему реакции: записать вещества в начале и конце реакции, учитывая, что в кислой среде MnO 4 — восстанавливается до Mn 2+ ():

Далее определим какие из соединений являются ; найдем их степень окисления в начале и конце реакции:

Na 2 S +4 O 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = Na 2 S +6 O 4 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6, таким образом, S +4 отдает 2 электрона и является восстановителем . Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn +7 принимает 5 электронов и является окислителем .

Составим электронные уравнения и найдем коэффициенты при окислителе и восстановителе .

S +4 – 2e — = S +6 ¦ 5

Mn +7 +5e — = Mn +2 ¦ 2

Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:

Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.

Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn +7 , ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S +4 коэффициентом перед окислителем:

5Na 2 S +4 O 3 + 2KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = 5Na 2 S +6 O 4 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Далее надо уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления, в такой последовательности: число атомов металлов, кислотных остатков, количество молекул среды (кислоты или щелочи). В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.

Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.

По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.

В результате реакции образуется 8 кислотных остатков SO 4 2- , из которых 5 – за счет превращения 5SO 3 2- → 5SO 4 2- , а 3 – за счет молекул серной кислоты 8SO 4 2- — 5SO 4 2- = 3SO 4 2- .

Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Аналогично, находим коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты

6H + + 3O -2 = 3H 2 O

Окончательный вид уравнения следующий:

Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления. При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде , а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде). В ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления , а также характеризующие среду, частицы: H + — кислая среда , OH — — щелочная среда и H 2 O – нейтральная среда.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

Сначала необходимо составить схему реакции : записать вещества в начале и конце реакции:

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Запишем уравнение в ионном виде , сократив те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO 3 2- + MnO 4 — + 2H + = Mn 2+ + SO 4 2- + H 2 O

Далее определим окислитель и восстановитель и составим полуреакции процессов восстановления и окисления.

В приведенной реакции окислитель — MnO 4 — принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn 2+ . При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO 4 — , который, соединяясь с H + , образует воду:

MnO 4 — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H 2 O

Восстановитель SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO 4 2- содержит больше кислорода, чем исходный SO 3 2- . Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H + :

SO 3 2- + H 2 O — 2e — = SO 4 2- + 2H +

Находим коэффициент для окислителя и восстановителя , учитывая, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:

MnO 4 — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H 2 O ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + H 2 O — 2e — = SO 4 2- + 2H + ¦5 восстановитель, процесс окисления

Затем необходимо просуммировать обе полуреакции , предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:

2MnO 4 — + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:

2MnO 4 — + 5SO 3 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO 4 2- + 3H 2 O

Запишем молекулярное уравнение, которое имеет следующий вид:

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 O = Na 2 SO 4 + MnO 2 + KOH

В ионном виде уравнение принимает вид:

SO 3 2- + MnO 4 — + H 2 O = MnO 2 + SO 4 2- + OH —

Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO 4 — , а восстановителем SO 3 2- .

В нейтральной и слабощелочной среде MnO 4 — принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО 2 . SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO 4 — + 2H 2 O + 3e — = MnО 2 + 4OH — ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + 2OH — — 2e — = SO 4 2- + H 2 O ¦3 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

3SO 3 2- + 2MnO 4 — + H 2 O =2 MnO 2 + 3SO 4 2- + 2OH —

3Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O = 2MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

И еще один пример — составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + KOH = Na 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + H 2 O

В ионном виде уравнение принимает вид:

SO 3 2- + MnO 4 — + OH — = MnO 2 + SO 4 2- + H 2 O

В щелочной среде окислитель MnO 4 — принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО 4 2- . Восстановитель SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO 4 — + e — = MnО 2 ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + 2OH — — 2e — = SO 4 2- + H 2 O ¦1 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения , учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

SO 3 2- + 2MnO 4 — + 2OH — = 2MnО 4 2- + SO 4 2- + H 2 O

Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O = 2K 2 MnO 4 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.

Категории ,

узы 1. Теоретические основы химии

2400 задач no химии для школьников и поступающих в вузы 129 Глава 10. Окислительно-восстановительные реакции

15 молекул HN03 идут на окисление FeS2, и еще три молекулы HN03 необходимы для образования Fe(N08)3:

FeS2 + 18HN03 -? Fe(N03)3 + 2H2804 + 15N02T.

Чтобы уравнять водород и кислород, в правую часть надо добавить семь молекул Н20:

FeS2 + 18HN03(KOHB) - Fe(N03)3 + 2H2S04 + 15N02T + 7H20.

Используем теперь метод электронно-ионного баланса. Рассмотрим полуреакцию окисления. Молекула FeS2 превращается в ион Fe3+ (Fe(N03)a полностью диссоциирует на ионы) и два иона

S04~ (диссоциация H2S04):

Для того чтобы уравнять кислород, в левую часть добавим восемь молекул Н20, а в правую - 16 ионов Н+ (среда кислая\\.

Заряд левой части равен 0, заряд правой -1-15, поэтому FeS2 должен отдать 15 электронов:

FeS2 + 8Н20 - 15е" - Fe3+ + 2S04" + 1вН+.

Рассмотрим теперь полуреакцию восстановления нитрат-иона:

Необходимо отнять у N03 один атом О. Для этого к левой части добавим два иона Н+ (кислая среда), а к правой - одну молекулу Н,0:

N+5 + Fe+2 + 2S" + 15N+6 - Fe+3 + 2S+e + 15N+4.

Для уравнивания заряда к левой части (заряд +1) добавим один электрон:

N03 + 2Н+ + е" -- N02 + Н20.

130 2400 задач па химии для школьников и поступающих в вузы

1. Теоретический основы химия

Полный электронно-ионный баланс имеет вид:

15 N03 + 2Н+ + 1 FeS2 + 8H20- 15*- - Fe3+ + 2S04~ + 16Н+

FeS2 + 8Н20 + 15Ж>з + 30Н+ - Fe8+ + 2&о\~ + 16Н+ + 15N02 + 15Н20.

Сократив обе части на 16Н+ и 8Н20, получим сокращенное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции:

FeS2 + 15NC-3 + 14Н+ - Fe3+ + 2S04~ + 15N02 + 7H20.

Добавив в обе части уравнения три иона N03 и четыре иона Н+, находим молекулярное уравнение реакции:

FeS2 + 18HN03(ltOH1Задача 10-4. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций: l)FeCl3 + KI -

2) Н202 + КМп04 + H2SO„ -

3) FeS + 02 -Решение. 1) Fe+3 - окислитель, восстанавливается до Fe+2; I- - восстановитель, окисляется до 12:

FeCl3 + KI - FeCl2 + 12J- + КС1.

2 Fe+3 + e- -Fe*2

2Fe+3 + 2Г = 2Fe+2 + I2.

2FeCl3 + 2KI - 2FeCl2 +I21 + 2KC1.

2400 задач no химии для школьников и поступающих в вузы 131

Глава 10. 0|шслительто-вохэтановнт*льнъ1е реакции

2) Мп*"7 - окислитель, восстанавливается в кислой среде до Мп+2; О" - восстановитель, окисляется до 02:

Н202 + КМп04 + H2S04 -- 02 + K2S04 + MnS04 + н2о.

2 Мп+7 + 5е" -? Mn+Z

5 20" - 2е" -* 02

2Мп+7 + 10О- = 2Мп+2 + 502.

5Н202 + 2KMn04 + 3H2S04 - 502Т + K2S04 + 2MnS04 + 8Н20.

3)02 - окислитель, восстанавливается до О-2; Fe+2 и S-2 - восстановители, окисляются до Fe+a и S+4:

FeS + 02 -- Fe203 + S02.

7 02 + 4«" - 20-"

4 Fe+2 - е _Fe+3

4 S-a - ве- „S+4

В этом балансе мы учли, что число атомов S и Fe должно быть одинаковым, как в молекуле FeS.

4Fe+2 + 4S"2 + 702 = 4Fe+3 + 4S+4 + 140"2.

4FeS + 702 - 2Fe203 + 4S02.

Задача 10-5. Используя метод электронно-ионного баланса, составьте полные уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:

1) K2SOa + KMn04 + H2S04 -

2) KClOg + HCI -

3) Si 4- NaOH + H20 -*

Решение. 1) Mn04 -окислитель, восстанавливается в кислой среде до Mn2+; SOg - восстановитель, окисляется до S04:

132 2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 1. Теоретические основы химии

Мп04 + 8Н+ + 5SO: + Н,0-2е" - SO. + 2Н+ 2Mn2++ ЗН20 + 5S04 . 5K2S03 + 2KMn04 + 3H2S04 - 6K2S04 + 2MnS04 + ЗН2б.

2) С103 - окислитель, восстанавливается до CI"; С1" - восстановитель, окисляется до С12:

С103 + 6Н+ + бе - С1 + ЗН20 2СГ-2е- С1.

С103 + 6Н+ + 6СГ - CI" + ЗН20 + ЗС12

3) Н20 - окислитель, восстанавливается до Н2; Si - восстановитель, окисляется в щелочной среде до Si03~ :

2Н20 + 2е" -- Н2 + гОН-Si + 60Н- - 44Н20 + Si + 60Н- -- 2Н2 + 40Н" + Si03 + ЗН20.

2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 133 Глава 10. Окислитедьио-восстаиовительные реакции

134 2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 1. Теоретические основы химии

2400 задач па химии для школьников и поступающих в вузы 135

Глава 10. Ошслителы10-восстаиовительнь1е реакции

136 2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы у 1. Теоретические основы химии

вая доля фосфорной кислоты равна 5,0%. Вычислите массовые доли

остальных продуктов реакции в полученном растворе. I

Решение, Уравнение реакции окисления фосфнна:

5РН3 + 8KMn04 + 12H2S04 - 5Н3Р04 + 4K2S04 + 8MnS04 + 12Н20. ,

Согласно этому уравнению на 5 моль Н3Р04 (масса 5 98 = 490 г) образуется 4 моль K2S04 (масса 4 174 = 696 г) и 8 моль MnS04 (масса 8 ? 151 - 1208 г). Поскольку все эти вещества находятся в одном \ растворе (т. е. масса раствора для них одинакова), то отношение их " массовых долей равно отнбшению масс.