3. Реакции с переносом электронов

Реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными (ОВР). Изменение С.О. связано с переносом электронов.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, которые являются восстановителями (Me⁰, H₂S и соли, галогениды, MnSO₄, SnCl₂, Cr₂(SO₄)₃ и т.д.).

Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом, которые являются окислителями (O₂, H₂SO₄ (к), HNO₃ (р, к), галогены, KMnO₄, K₂Cr₂O_7­, FeCl₃ и т.д.).

ОВР – единство двух процессов, идущих одновременно.

При уравнивании ОВР следует выполнять правило: число электронов, отдаваемых восстановителем, должно быть равно числу электронов, присоединяемых окислителем.

Для составления уравнений ОВР применяют два метода:

1. метод электронного баланса (МЭБ);

2. метод ионно-электронный или метод полуреакций (МПР).

Пример 1. Уравнять реакцию, пользуясь методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель.

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄  Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Решение. В МЭБ сравнивают С.О. атомов элементов в исходных веществах и продуктах реакции, находят те, которые изменились, записывают электронные уравнения, коэффициенты определяют согласно правилу ОВР (см. выше).

S+4 – 2ē → S+6	2		5	- восстановитель, процесс окисления
		10
Mn+7 + 5ē → Mn+2	5		2	- окислитель, процесс восстановления
	общее число электронов, участвующих в ОВР

Примечание: Коэффициенты в ОВР расставляют обычно в следующем порядке: сначала перед окислителем и восстановителем, затем уравнивают другие продукты реакции, после этого ставят коэффициент перед молекулой среды (кислота, щелочь – в исходных веществах), в последнюю очередь – перед водой. Проверку делают подсчетом атомов кислорода в исходных веществах и продуктах реакции.

Пример 2. Уравнять реакцию, пользуясь методом полуреакций

а) реакция в кислой среде

б) реакция в щелочной среде

Решение:

МПР основан на составлении ионно-электронных уравнений для процессов окисления и восстановления с последующим их суммированием в общее уравнение. Следует помнить, что слабые электролиты и газы в ионных реакциях записываются в виде молекул. Для реакций в кислой среде недостающий для уравнивания кислород берется из молекул H₂O, а избыточный кислород связывается с ионами Н⁺ (удвоенное количество) в молекулы Н₂О, которые записываются в правой части полуреакции. В щелочной и нейтральной среде недостающий для уравнивания кислород берется из удвоенной группы ОН^–, а избыточный кислород связывается молекулами Н₂О, а в правой части записывается удвоенное число групп ОН^–.

Алгоритм решения:

1. Расставляем заряды у ионов в исходных веществах и продуктах реакции, помня, что в целом молекулы электронейтральны.

2. Записываем полуреакции для процессов окисления и восстановления, производим подсчет зарядов слева и справа, уравниваем с помощью электронов.

3. Записываем суммарное уравнение, учитывая полученные коэффициенты (множители).

4. Приводим подобные члены в суммарном уравнении (слева и справа).

5. Переносим полученные коэффициенты в общее уравнение ОВР.

а)

2I– – 2ē  I20 Cr2O72– + 14H+ + 6ē  2Cr3+ + 7H2O

2 6

6

3 1

6I^– + Cr₂O₇^2– + 14H⁺  3I₂ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

б)

Zn0 + 4OH– – 2ē  ZnO22– + 2H2O NO2– + 5H2O + 6ē  NH30 + 7OH–

2 6

6

3 1

3Zn⁰ + 12OH^– + NO₂^–+ 5H₂O  3ZnO₂^2– + 6H₂O + NH₃⁰ + 7OH^–

после сокращения

3Zn⁰ + 5OH^– + NO₂^–  3ZnO₂^2– + H₂O + NH₃⁰

Пример 3. Уравняйте реакции, пользуясь МЭБ или МПР, укажите тип ОВР.

а)

б)

в)

г)

Ответ.

а) реакция термического разложения соли уравнивается МЭБ:

6 6

6

1 1

- восстановитель - окислитель

Тип реакции – внутримолекулярная, т.к. окислитель и восстановитель находятся в одном веществе.

б) реакция в растворе (H₂SO₄ – кислая среда) уравнивается МПР:

6 2

6

3 1

- окисление - восстановление

Тип реакции – межмолекулярная, т.к. окислитель и восстановитель находятся в разных веществах.

в) реакция в растворе (Н₂О, KOH – щелочная среда) уравнивается МПР:

2 1

Тип реакции – диспропорционирование (или самоокисление-самовосстановление), т.к. Mn⁺⁶ в составе аниона MnO₄^2– является и окислителем, и восстановителем одновременно.

г) реакция в растворе уравнивается МПР:

2 4

4

1 2

Тип реакции – контрдиспропорционирование, т.е. это реакция обратная диспропорционированию, т.к. окислитель и восстановитель превращаются в одно и то же вещество.