2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Метод электронно-ионного баланса

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах, удобно использовать метод электронно-ионного баланса. Для этого рекомендуется следующий порядок действий.

1) Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов; определить элементы, изменяющие степень окисления; найти окислитель и восстановитель.

2) Составить схемы полуреакций окисления и восстановления с учетом правил написания ионных реакций.

3) Установить баланс по элементам в левой и правой частях уравнения, используя для уравнивания водорода и кислорода компоненты среды: молекулы воды и ионы H⁺(в кислой среде), ионы ОН^-(в щелочной среде).

4) Установить баланс по заряду: суммарный заряд частиц в левой и правой частях уравнения должен быть одинаковым, что достигается прибавлением или отнятием электронов в левой части уравнения.

5) Установить баланс по электронам: число электронов, отданных восстановителем, должны быть равно числу электронов, присоединенных окислителем. Последнее достигается подбором множителей для полуреакций.

6) Составить ионное уравнение реакции, сложив полуреакции окисления и восстановления.

7) Расставить коэффициенты в молекулярном уравнении реакции.

Ниже приведены примеры составления уравнений в разных средах.

Кислая среда:

SO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Запишем полуреакции окисления и восстановления:

SO₂ + 2H₂O - 2e = SO₄^2- + 4H⁺ - окисление

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e = 2Cr³⁺ + 7H₂O - восстановление

Суммируем полуреакции с учетом балланса по электронам:

SO₂ + 2 H₂O - 2e = SO₄^2- + 4H⁺ 3

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e = 2Cr³⁺ + 7H₂O 1

3SO₂ + 6H₂O + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ = 3SO₄^2- + 12H⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Приведем подобные:

3SO₂ + Cr₂O₇^2- + 2H⁺ = 3SO₄^2- + 2Cr³⁺ + H₂O

Молекулярное уравнение имеет вид:

3SO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Щелочная среда:

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2NaOH = K₂MnO₄ + Na₂MnO₄ + NaSO₄ + H₂O

2MnO₄^– + e = MnO₄^2– - восстановление

MnO₄^– – окислитель

1 SO₃^2– + 2OH^– – 2e = SO₄^2– + H₂O - окисление

SO₃^2– – восстановитель

2MnO₄^– + SO₃^2– + 2OH^– = 2MnO₄^2– + SO₄^2– + H₂O

Нейтральная среда:

2KMnO₄ + 3NaNO₂ + H₂O = 2MnO₂ + 3NaNO₃ + 2KOH

2 MnO₄^-+ 2H₂O+ 3e=MnO₂+ 4OH^-- восстановление

3 NO₂^- + H₂O – 2e = NO₃^- + 2H⁺ - окисление

________________________________________________

2MnO₄^- + 3 NO₂^- + 7H₂O = 2MnO₂ + 8ОН^- + 6Н⁺ + 3NO₃^-

2MnO₄^- + 3 NO₂^- + H₂O = 2MnO₂ + 2ОН^- + 3NO₃^-

3. Типы окислительно-восстановительных реакций

1) Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции – реакции, в которых элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав разных молекул. К этому типу относятся все реакции, рассмотренные в предыдущих разделах.

2) Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции – реакции, в которых элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав одной молекулы.

(N^-3H₄)₂Cr⁺⁶₂O₇ = N⁰₂ + Cr⁺³₂O₃ + 4H₂O

3) Реакции диспропорционирования – реакции, в которых окислителем и восстановителем является атом одного и того же элемента.

2H₂O^-1₂= 2H₂O^-2+O⁰₂

4) Реакции репропорционирования – реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного элемента образуется одна степень окисления.

N^-3H₄N⁺⁵O₃=N₂⁺¹O+ 2H₂O