5.2. Складання рівнянь окисно-відновних реакцій

Правильно складене рівняння реакції є виразом закону збереження маси речовини. Це означає, що число одних і тих самих атомів у вихідних речовинах та продуктах реакції повинно бути однаковим. Повинні зберігатися і заряди: сума зарядів вихідних речовин завжди повинна дорівнювати сумі зарядів продуктів реакції.

При складанні рівнянь необхідно додержуватись певного порядку:

1. проставити над елементами у речовинах ступені окиснення і визначити, що є окисником, а що відновником. Якщо у рівнянні відсутня права частина, тобто не записані продукти реакції, треба їх дописати, виходячи із можливих варіантів зміни ступенів окиснення окисника і відновника;

2. скласти схему йонно-електронного балансу, тобто виписати елементи окисника і відновника і написати напівреакції їх окиснення і відновлення;

3. знайти найменше спільне кратне число електронів, що приймають участь в окисно-відновному процесі, та визначити коефіцієнти, які повинні стояти у рівнянні перед речовинами, що змінили ступені окиснення;

4. підібрати коефіцієнти для речовин, в яких не відбулося змін ступеню окиснення;

5. перевірити правильність запису рівняння, підрахувавши кількість атомів у лівій та правій частинах рівняння - вони повинні бути однаковими.

Найчастіше при складанні ОВР використовують метод електронного балансу та йонно-електронний метод (або метод напівреакцій). Вказані методи ґрунтуються на положенні, що в окисно-відновних процесах загальна кількість електронів, які віддає відновник, дорівнює загальній кількості електронів, які приєднує окисник.

При складанні рівнянь окисно-відновних процесів найчастіше використовується метод електронного балансу, що полягає у визначенні кількості електронів, які переміщуються від відновника до окисника і зрівнянні їх загальної кількості.

Розглянемо послідовність етапів складання рівнянь за методом електронного балансу:

1. записують у молекулярному вигляді вихідні речовини і продукти реакції, Наприклад:

KMnO₄ + HCI→KCI + MnCI₂ +CI₂ +H₂O;

2. зазначають ступені окиснення атомів, які їх змінили:

;

3. записують електронні рівняння процесів окиснення і відновлення (баланс електронного обміну):

5 2 Відновлення

10

2 5 Окиснення

З урахуванням того, що кількість відданих відновником електронів повинна дорівнювати кількості електронів, приєднаних окисником, знаходять спільний множник для двох електронно-йонних рівнянь. Ці множники підбирають за правилом знаходження найменшого спільного кратного, у нашому прикладі таким спільним множником буде 10. Отже, множники 2 і 5 є коефіцієнтами відповідно, біля йонів Мангану і Хлору в рівнянні окисно-відновної реакції.

Якщо біля атому елементу є індекс (наприклад, хлор СІ₂), то його враховують, і коефіцієнт ставлять спочатку перед цією речовиною.

Якщо один і той же елемент і змінює, і не змінює ступінь окиснення, то спочатку коефіцієнт ставлять там, де ступінь окиснення змінився:

KMnO₄ + HCI→KCI + 2MnCI₂ +5CI₂ +H₂O;

4. урівнюють кількість атомів металів, неметалів, кислотних залишків, Гідрогену, які не змінили ступеню окиснення; стрілку в рівняння замінюють на знак рівності:

2KMnO₄ + 16HCI = 2KCI + 2MnCI₂ +5CI₂ + 8H₂O;

5. правильність підбору коефіцієнтів перевіряють за кількістю атомів Оксигену: 2 · 4 = 8.

У тих випадках, коли кількість елементів, що змінюють ступінь окиснення більше, ніж 2, визначають загальну кількість електронів, яку віддав відновник, чи загальну кількість електронів, яку приймає окисник, і надалі продовжують аналогічно. Наприклад:

28 3

84

3 28

або

Йонно-електронний метод, або метод напівреакцій, відображає сутність ОВР, які відбуваються у розчинах електролітів і ґрунтуються на складанні напівреакцій процесів окиснення й відновлення з наступним підсумовуванням їх у загальне окисно-відновне рівняння. У разі складання рівнянь цим методом необхідно пам’ятати наступні правила:

1. записують в йонному вигляді відновник, окисник та продукти їх окиснення та відновлення. Сильні електроліти записують у вигляді йонів, наприклад, SO₄^2-, NO₃^-, NO₂^-, SO₃^2-, CIO₄^-, CI^-, Fe³⁺. Слабкі електроліти, осади та гази, позначають у вигляді молекул: H₂O, SO₂, SO₃, CO₂, NH₃, H₂, NO₂, Fe₂O₃, Ag₂O, Cu₂S;

2. якщо вихідна речовина містить більше атомів Оксигену, ніж продукти реакції, то вивільнений Оксиген зв’язується в кислих розчинах йонами гідрогену Н⁺ з утворенням води, а в нейтральних та лужних – у гідроксид-йони;

3. якщо вихідна речовина містить менше атомів Оксигену, ніж продукт реакції, то їхня нестача компенсується в кислих та нейтральних розчинах молекулами води, а лужних – гідроксид йонами;

4. сумарна кількість та знак електричних зарядів у лівій і правій частині рівняння мають бути однаковими;

5. у разі підсумовування йонно-електронних рівнянь можна переносити члени рівняння з одного боку в інший, додавати однакові доданки в кожну частину рівняння. Наприклад, розглянемо реакцію взаємодії калій перманганату KMnO₄ з калій йодидом КІ у кислому середовищі:

Запишемо окисно-відновне рівняння в скороченій йонно-молекулярній формі, відображаючи сильні електроліти у вигляді йонів, а слабкі у вигляді молекул. Ті йони, що не змінюють ступінь окиснення, не зазначають:

Напівреакція окиснення йодид-йона до йоду буде такою:

Щоб зрівняти кількість електронів, які беруть участь у напівреакціях окиснення та відновлення, потрібно напівреакцію окиснення помножити на 5, а напівреакцію відновлення на 2:

2

5

Підсумувавши почленно ці напівреакції, одержимо

Якщо рівняння реакції складене правильно, то сумарний заряд усіх йонів у правій та лівій частинах рівняння повинен бути однаковим. Для написання молекулярного рівняння в лівій частині до кожного катіона та аніона підбирають відповідні аніони та катіони, а потім записують ці ж йони в такій же кількості у праву частину рівняння:

2К⁺ + 10K⁺ +8SO₄^2-=2SO₄^2-+ 12K⁺+6SO₄^2-

Після об`єднання цих йонів у молекули отримують молекулярне рівняння:

!Визначить ступінь окиснення елементів, що входить до складу речовин.

Якщо порівнювати ці методи, то перевагу треба віддати методу напівреакцій, оскільки в ньому використовують не гіпотетичні йони, а лише ті йони чи речовини, які реально існують.