3.1. Составление уравнений овр Метод электронного баланса

Пример. Для нахождения коэффициентов в окислительно-восстановительной реакциии используем метод электронного баланса. Применим метод к следующей ОВР:

К₂CrO₄ + NaNO₂ + Н₂SО₄  Cr₂ ( SO₄ )₃ + NaNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

Определяем степени окисления элементов реагирующих веществ:

K₂⁺¹Cr⁺⁶O₄^-2 + Na⁺¹N⁺³O^-2₂ + H⁺¹₂S⁺⁶O^-2₄  Cr⁺³₂( S⁺⁶O^-2₄)₃ + Na⁺¹N⁺⁵O^-2₃ +H⁺¹₂O^-2 Из последнего уравнения видно, что степени окисления изменяют хром от +3 до +6 и азот от +3 до +5.

С помощью электронных уравнений составляем электронный баланс реак­ции:

2Сr⁶⁺ + 6е^-  2Сr³⁺ 1 Cr⁶⁺ (CrO₄^2-) - окислитель

N³⁺ – 2е^-  N⁵⁺ 3 N³⁺ ( NO₂^-) - восстановитель

Известно, что обмен электронами является эквивалентным, поэтому нахо­дим наименьшее общее кратное, оно равно 6. Делим число 6 на число принятых электронов хромом и на число отданных электронов азотом, получим коэффи­циенты для хрома 1, а для азота – 3. Найденные коэффициенты расставляются перед окислителем и восстановителем в данной реакции, затем уравнивают ко­личество ионов калия в правой и левой частях уравнения. После этого подсчи­тывают число ионов SO^-2₄ в правой части и ставят коэффициент перед формулой Н₂SO₄. Затем уравнивают число атомов водорода в левой части урав­нения, подсчитывают число атомов кислорода — их 10.

Реакция записывается в окончательном виде:

2К₂CrO₄ + 3NaNO₂ + 5Н₂SО₄ = Сr₂(SО₄)₃+3NaNO₃ + 2К₂SО₄+5Н₂О

Затем проводится проверка по количеству атомов кислорода. Вступило в реакцию 34 атома кислорода. В продуктах реакции атомов кислорода тоже 34. Следовательно, реакция записана, коэффициенты расставлены правильно.

Метод электронно-ионного баланса

Метод электронно-ионного баланса применим к окильтельно-восстановительным реакциям, протекающих в водных растворах. Он основан на составлении электронно-ионных балансов двух полуреакций: для одной – процесса окисления и другой – процесса восстановления. Затем проводится суммирование обоих полуреакций, в результате которого получается общее ионно-молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции. При этом сильные электролиты записываются в виде ионов; слабые электролиты, неэлектролиты, газы, труднорастворимые вещества – в виде молекул. Сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части.

Применим элетронно-ионный баланс для составления окислительно-восстановительной реакции:

KNO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  KNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O

Найдем коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции. В первой полуреакции восстановитель – нитрит-ион NO₂^- переходит в нитрат-ион NO₃^-, принимая один атом кислорода от молекулы воды:

NO₂^- + H₂O  NO₃^- + 2H⁺

Уравнивая число зарядов, получаем:

NO₂^- + H₂O - 2e^-  NO₃^-+ 2H⁺

Во второй полуреакции окислитель – ион Cr₂O₇^2- переходит в ион Cr³⁺, то есть 7 атомов кислорода в кислой среде связываются с 14 ионами водорода с образованием воды:

Сr₂O₇^2- +14H⁺  2Cr³⁺ + 7H₂O

Уравняв число зарядов, получаем: Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^-  2Cr³⁺ + 7H₂O

Составляем суммарное ионно-молекулярное уравнение реакции:

NO₂^- + H₂O – 2e^-  NO₃^- + 2H⁺ 3

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6e^-  2Cr³⁺ + 7H₂O 1

3NO₂^- + 3H₂O + Cr₂O₇^2- + 14H⁺  4NO₃^- + 6H⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Сократив одинаковое число ионов водорода и молекул воды в правой и левой частях уравнения, получаем:

3NO₂^- + Cr₂O₇^2- + 8H⁺  3NO₃^- + 2Cr³⁺ + 4H₂O

Прибавляя одинаковое число ионов к левой и правой частям

3K⁺ + 2K⁺ + 4SO₄^2-  3K⁺ + 3SO₄^2- + 2K⁺ + SO₄^2-, получаем уравнение окислительно-восстановительной реакции в молекулярной форме:

3KNO₃ + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄  3KNO₃ + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O