Расстановка коэффициентов в уравнениях овр методом арсесио гарсиа

Сведения о сути этого метода появились в 1987 г. в журнале "Journal of Chemical Education" (1987, т .64, №3, с.247). Иными сведениями об авторе этого интересного способа расстановки коэффициентов мы не располагаем. А метод очень интересен и помогает расставить коэффициенты в довольно сложных уравнениях реакций. В нем же достоинства этого метода?

1. Метод прост, чем и привлекателен.

2. Легко позволяет подобрать коэффициенты в сложных случаях, когда для метода электронного баланса бывает трудно определить степени окисления.

3. Не требует определения степеней окисления.

К недостаткам метода можно отнести следующее:

1. Как и любой способ расстановки коэффициентов требует определенной тренировки. По одной попытке разобраться в сути метода и оценить его достоинства и недостатки просто невозможно.

2. Метод не раскрывает сути реакций окисления-восстановления, т. е. не показывает переход электронов от восстановителя к окислителю, равенство числа отданных и принятых электронов. Он базируется на законе сохранения, согласно которому число атомов каждого элемента должно быть одинаковым в правой и левой частях уравнения.

Но эти недостатки не умаляют значимость этого приема. Для расстановки коэффициентов в некоторых случаях приходится использовать элементы матричной алгебры. Знание этого метода позволит справиться со сложным заданием даже школьнику.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА ГАРСИА

1. Скелетное уравнение, показывающее набор веществ, вступающих в реакцию и получающихся в результате ее, разбивается на схемы двух полуреакций. Но это немного не те полуреакции, что используются в электронно-ионном методе.

2. В схему одной полуреакции входят формулы соединений, которые содержат атомы одинаковых элементов (за исключением кислорода и водорода). Формулы остальных соединений составляют схему второй полуреакции. В схему второй полуреакции при необходимости можно включать формулы некоторых веществ из первой полуреакции.

3. Число атомов элементов в полуреакциях уравнивают, складывают соответственно левые и правые части схем полуреакций и получают суммарное уравнение реакции. Здесь явная аналогия с методом полуреакций. Но есть серьезные отличия в процедуре уравнивания.

4. Процедура уравнивания имеет свои особенности:

а) сначала уравнивают число атомов всех элементов за исключением кислорода и водорода;

б) уравнивают левые и правые части по числу атомов водорода, добавляя в левую или правую части схем полуреакций формулы воды;

в) уравнивают число атомов кислорода, добавляя в ту или иную часть полуреакций "атомарный" кислород (О).

"Атомарный" кислород не имеет ничего общего с реальной химической частицей – О – атомарным кислородом, который может образовываться в момент выделения кислорода при его получении, а также может существовать при температуре диссоциации молекулы на атомы. Атомарный кислород чрезвычайно химически активен. "Атомарный" же кислород – это условность, это гипотетическая частица, добавляемая в левую или правую части схемы полуреакции для достижения баланса по кислороду.

г) подбираются соответствующие множители для полуреакций по числу кислорода;

д) при сложении соответствующих частей схем полуреакций "атомарный" кислород сокращается.

5. Вместо "атомарного" кислорода можно пользоваться другими "атомарными" элементами.

6. У ионных реакций своя особенность: вслед за уравниванием всех элементов, кроме кислорода и водорода, нужно уравнять заряды. В кислой среде баланс зарядов регулируется добавлением ионов водорода, в щелочной – гидроксид-ионами. Испытаем метод Гарсиа на конкретных примерах.

Пример 23. Расставьте коэффициенты в схеме окислительно-восстановительного процесса:

FeAsS + HNO_3(конц.)  Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NO₂ + H₂O.

Решение. Составим схемы полуреакций:

– первая: FeAsS + HNO₃  Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄

(в схему первой полуреакции вошли FeAsS и продукты его превращения; в ее левую часть добавлена формула HNO₃, поскольку Fe в правой части входит в состав Fe(NO₃)₃.

– вторая: HNO₃  NO₂ + H₂O

(вторую полуреакцию составляют HNO₃, NO₂, H₂O). Как видим, HNO₃ вошла в обе полуреакции – это тот случай, о котором мы предупреждали ранее.

В обеих частях первой полуреакции содержится по одному атому железа, мышьяка и серы, поэтому их число уравнивать не требуется. Однако чтобы уравнять число атомов азота, в левой части перед формулой HNO₃ ставим коэффициент 3. Теперь в левую часть первой полуреакции необходимо записать формулу воды – в этом случае мы получаем равенство по числу атомов водорода:

FeAsS + 3HNO₃ + Н₂О  Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄.

Подсчитаем теперь количество атомов кислорода в обеих частях последней схемы. В левой части – 10 атомов, в правой – 17. Для баланса по кислороду необходимо в левую часть добавить 7О:

FeAsS + 3HNO₃ + Н₂О + 7О  Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄.

Аналогично, для достижения баланса по кислороду во второй полуреакции в ее правую часть необходимо добавить один О:

2HNO₃  2NO₂ + H₂O + О.

Как видно из двух последних уравнений, «атомарный» кислород О оказывается в разных частях полуреакций и в разных количествах. Чтобы при сложении он сократился, надо вторую полуреакцию умножить на множитель 7:

FeAsS + 3HNO3 + Н2О + 7О  Fe(NO3)3 + H3AsO4 + H2SO4	1
2HNO3  2NO2 + H2O + О	7

Суммируем соответственно левые и правые части полуреакций с учетом соответствующих множителей, проводим необходимое сокращение и получаем конечное уравнение реакции.

FeAsS + 3HNO₃ + Н₂О + 7О + 14HNO₃ 

 Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄ + 14NO₂ + 7H₂O + 7О

FeAsS + 17HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + H₃AsO₄ + H₂SO₄ + 14NO₂ + 6H₂O

Пример 24. Методом Гарсиа расставьте коэффициенты в схеме:

KMnO₄ + H₂S  K₂SO₄ + MnS + K₂S₂O₃ + S + H₂O

Решение. Схемы полуреакций.

4KMnO4 + 7H2S  K2SO4 + 4MnS + K2S2O3 + 7H2O + 2O	1
H2S + O  S + H2O	2

4KMnO₄ + 9H₂S = K₂SO₄ + 4MnS + K₂S₂O₃ + 2S + 9H₂O

Пример 25. Расставьте коэффициенты с использованием метода Гарсиа:

NH₄CNS + KMnO₄ + H₂SO₄  K₂SO₄ + MnSO₄ + N₂ + CO₂ + H₂O

Решение. Схемы полуреакций:

NH4CNS + 2KMnO4 + 2H2SO4 + 2O  K2SO4 + 2MnSO4 + N2 + CO2 + H2O	5
2KMnO4 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O + 5O	2

5NH₄CNS + 14KMnO₄ + 16H₂SO₄ = 7K₂SO₄ + 14MnSO₄ + 5N₂ + 5CO₂ + 20H₂O

Мы рассмотрели уже достаточно большое число примеров окислительно-восстановительных реакций. Пора навести порядок среди этого многообразия – дать классификацию окислительно-восстановительных реакций, т. е. рассмотреть их основные типы.