Окислительно-восстановительная реакция возможна между веществами, одно из которых содержит атом элемента, способный повысить степень окисления, а другое – понизить степень окисления

Определим степень окисления атомов элементов для веществ в каждой паре:

-3 +1 +1 +7 -2 +1 +4 -2 +1 -1 +1+6 -2 +1 +6 -2

NН₃ и KMnO₄, Na₂SO₃ и HCl, H₂SO₄ и K₂Cr₂O₇.

В первой паре атом азота имеет низшую степень окисления −3, может только повысить степень окисления, атом марганца имеет высшую степень окисления +7, , следовательно, реакция окисления-восстановления между NaNO₂ и KMnO₄ возможна.

Во второй паре атом серы имеет промежуточную степень окисления +4, может повысить до +6 или понизить до −2, атом хлора имеет низшую степень окисления –1, может только повысить степень окисления, поэтому реакция окисления-восстановления между Na₂SO₃ и HCl возможна.

В третьей паре атомы серы (+6) и атома хрома (+6) имеют высшую степень окисления, могут только оба понизить степень окисления, поэтому реакция окисления-восстановления между H₂SO₄ и K₂Cr₂O₇ невозможна.

Пример 2.5. Для окислительно-восстановительной реакции, протекающей по схеме

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂­ + H₂O

подберите коэффициенты методом электронного баланса. Укажите, какой процесс является окислением, какой – восстановлением, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем.

Решение. Одним из методов подбора коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях является метод электронного баланса, основанный на том, что:

Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем

Подбор коэффициентов проводят по следующему алгоритму:

1. Определите степени окисления атомов всех элементов:

+1 +7 -2 +1 -1 +1 -1 +2 -1 0 +1 -2 KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

2. Выделите (подчеркните) элементы, изменившие степени окисления:

+7 -1 +2 0 KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

3. Определите, какой из атомов понижает, а какой – повышает степень окисления: понижает степень окисления атом марганца от +7 до +2, повышает – атом хлора от −1 до 0.

4. Определите число электронов, принятых и отданных атомами этих элементов. Напишите электронные уравнения процессов:

+7 +2 Mn +5е = Mn

-1 0 2Cl – 2е = Cl₂

В электронных уравнениях процессов знак стрелки →

можно заменить на знак равенства =

5. Уравняйте число принятых и отданных электронов, определив таким образом коэффициенты в уравнении реакции перед соединениями, в которых присутствуют атомы элементов, изменившие степень окисления:

+7 +2 Mn +5е = Mn -1 0 2Cl – 2е = Cl2

2 5

+7 -1 +2 0

2Mn+ 10Cl = 2Mn+ 5Cl₂.

6. Укажите тип каждого процесса: окисление или восстановление, тип каждого вещества: окислитель или восстановитель:

+7 +2 окислитель Mn +5е = Mn -1 0 восстановитель 2Cl- – 2е = Cl2

2 процесс восстановления (восстановление) 5 процесс окисления (окисление)

Вещество KMnO₄ (Mn⁺⁷) – окислитель, вещество HCl (Cl⁻¹) – восстановитель.

7. Подберите коэффициенты для всех остальных участников реакции следующим образом:

Уравняйте: число атомов металлов, число кислотных остатков; или число кислотных остатков, число атомов металлов; число атомов водорода и

проверьте правильность подобранных коэффициентов по числу атомов кислорода в исходных и конечных веществах

Уравняем число атомов металла (калия) и число кислотных остатков (Cl⁻¹):

2KMnO₄ + 16HCl →2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + H₂O

Уравняем число атомов водорода:

2KMnO₄ + 16HCl →2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ +8H₂O

Проверим правильность подобранных коэффициентов по числу атомов кислорода в исходных и конечных веществах (проверим баланс по числу атомов кислорода):

8 атомов О = 8 атомов О.

Коэффициенты в уравнении подобраны верно.

Пример 2.6. Проклассифицируйте каждой из приведенных окислительно-восстановительных реакций, уравняйте их методом электронного баланса:

Н₂S + Cl₂ → S + 2HCl;

KCIO₃ → KCI + O₂;

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl;

K₂MnO₄ + MnSO₄ → MnO₂ + K₂SO₄

Решение. Окислительно-восстановительные реакции делятся на четыре основных типа: межмолекулярные, внутримолекулярные, реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) и синпропорционирования.

Межмолекулярные – ОВР, в которых и окислитель,

и восстановитель находятся в молекулах разных веществ.

Внутримолекулярные – ОВР, в которых и окислитель, и восстановитель находятся в молекуле одного и того же вещества.

Диспропорционирования – ОВР, в которых и окислителем, и восстановителем является один и тот же элемент, находящийся в промежуточной степени окисления.

Конпропорционирования – ОВР, в которых окислитель и восстановитель

(атомы одного и того же элемента разных реагентов)

образуют продукт с одинаковой степенью окисления

Определим степени окисления атомов элементов во всех веществах:

+1 -2 0 0 +1 -1

Н₂S + Cl₂ → S + HCl;

+1 +5 -2 +1 -1 0

KCIO₃ → KCI + O₂;

0 +1 -2 +1 +1 -2 +1 -1

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl;

+1 +6 -2 +2 +6 -2 +4 -2 +1 +6 -2

K₂MnO₄ + MnSO₄ → MnO₂ + K₂SO₄

В реакции Н₂S^-2 + Cl₂ = S + 2HCl окислитель Cl⁰ и восстановитель S находятся в разных молекулах, данная реакция относится к межмолекулярным окислительно-восстановительным реакциям.

Подберем коэффициенты методом электронного баланса:

-2 0 восстановитель S – 2е → S 0 -1 окислитель Cl2 + 2е → 2Cl

1 процесс окисления (окисление) 1 процесс восстановления (восстановление)

Н₂S + Cl₂ = S + 2HCl.

В реакции KCIO₃ → KCI + O₂ окислителем является CI⁺⁵ , восстановителем O^-2, которые находятся в одной и той же молекуле KCIO₃, данная реакция относится к внутримолекулярным окислительно-восстановительным реакциям.

Подберем коэффициенты методом электронного баланса:

-2 0 восстановитель 2О – 4е → О2 +5 -1 окислитель Cl + 6е → Cl

3 процесс окисления (окисление) 2 процесс восстановления (восстановление)

2KCIO₃ = 2KCI + 3O₂.

В реакции Cl₂ + H₂O = HClO + HCl окислителем и восстановителем является молекула Cl₂, данная реакция относится к реакциям диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).

Подберем коэффициенты методом электронного баланса:

0 +1 восстановитель Cl – е → Cl 0 -1 окислитель Cl + е → Cl

1 процесс окисления (окисление) 1 процесс восстановления (восстановление)

Два атома Cl образуют молекулу Cl₂: Cl₂ + H₂O = HClO + HCl.

В реакции K₂MnO₄ + MnSO₄ → MnO₂ + K₂SO₄ окислителем является Mn ^+6,

восстановителем Mn⁺². Окислитель и восстановитель образуют продукт MnO₂ с одинаковой степенью окисления Mn⁺⁴; данная реакция относится к реакциям конпропорционирования.

Подберем коэффициенты методом электронного баланса:

+6 +4 окислитель Mn + 2е → Mn +2 +4 окислитель Mn – 2е → Mn

1 процесс восстановления (восстановление) 1 процесс окисления (окисление)

Коэффициент при MnO₂ в данном случае суммируется:

K₂MnO₄ + MnSO₄ = 2MnO₂ + K₂SO₄.