Последовательность подбора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций (метод электронно-ионного баланса)

1. Записать уравнение реакции, определить степень окисления каждого элемента и найти элементы, которые в результате реакции изменяют степень окисления, выделить окислитель и восстановитель.

2. Составить полуреакции окисления и восстановления с учетом правил написания ионных уравнений: слабые электролиты, неэлект-ролиты, труднорастворимые соединения записываются в молеку-лярном виде, а сильные электролиты – в ионном.

3. Уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций. При этом в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы воды, ионы водорода или гидроксида.

Уравнивание кислорода происходит по-разному в кислой, нейтральной и щелочной средах.

В кислой среде в ту часть уравнения, где недостаток кислорода, следует приписать столько молекул H₂O, каков недостаток кислорода, а в противоположную часть полуреакции – соответству-ющее число ионов водорода.

В щелочной среде в ту часть уравнения, где кислород в недостатке, следует записать вдвое больше ионов гидроксида, чем не хватает кислорода, а в противоположную часть полуреакции – соответствующее число молекул Н₂О.

В нейтральной среде прием уравнивания зависит от продуктов реакции.

4. Суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции должно быть одинаковым. Это достигается путем добавления к левой части или отнятия от левой части полуреакции необходимого числа электронов.

5. Составить электронный баланс, т.е. соблюдая равенство числа отдаваемых и принимаемых электронов, найти для каждой полуреакции наименьший множитель, который одновременно является определяемым коэффициентом.

6. Сложить уравнения полуреакций с учетом найденных коэффициентов и сократить, если необходимо, в обеих частях результирующего уравнения одинаковые частицы. Коэффициенты перенести в уравнение химической реакции.

7. Определить недостающие коэффициенты в уравнении реакции, последовательно уравнивая число атомов металлов, затем неметаллов и водорода.

8. Проверить правильность расстановки коэффициентов в уравнении реакции по числу атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Пример 3. Уравнять методом полуреакций окислительно-восстановительную реакцию:

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Решение.

С

+2 +6 2

+1 +7 2

+1 +6 2

+3 +6 2

+2 +6 2

+1 +6 2

+1 2

начала необходимо расставить степени окисления элементов:

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Видно, что в ходе реакции степень окисления железа повышается от +2 до +3 (процесс окисления), а марганца, входящего в кислотный остаток, – понижается от +7 до +2 (процесс восстановления).

Таким образом:

2Fe²⁺  2ē 2Fe³⁺ (полуреакция окисления).

Для составления уравнения полуреакции восстановления используется схема:

MnO₄^ Mn²⁺.

В правой части не хватает четырех атомов кислорода, следовательно, в правую часть следует прибавить четыре молекулы воды, а в левую часть – восемь ионов Н:

MnO₄^ + 8H⁺ Mn²⁺ + 4H₂O.

Суммарный заряд левой части равен +7, заряд правой части +2. Чтобы заряд левой части был равен заряду правой части, необходимо прибавить к левой части пять электронов:

MnO₄^ + 8H⁺ + 5ē Mn²⁺ + 4H₂O.

Отношение числа электронов, отданных при окислении железа и принятых при восстановлении марганца, составляет 2:5, следова-тельно, складывая уравнения двух полуреакций, необходимо первое умножить на 5, а второе на 2:

2Fe2+ – 2ē 2Fe3+	5
MnO4 + 8H+ + 5ē Mn2+ + 4H2O	2
10Fe2+ + 2MnO4 + 16H+ 10Fe3+ + 2Mn2+ + 8H2O

В молекулярной форме уравнение имеет следующий вид:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Пример 4. Уравнять методом полуреакций следующую окислительно-восстановительную реакцию:

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

Р

+1 +3 2

0

+1 2 +1

+1 +6 2

+1 1

+1 2

ешение.

NaCrO₂ + Br₂ + NaOH Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O.

В ходе реакции степень окисления хрома, находящегося в кислотном остатке, повышается от +3 до +6 (процесс окисления), а брома понижается от 0 до −1 (процесс восстановления).

Таким образом:

Вr₂ + 2ē 2Br^ (полуреакция восстановления).

Для составления уравнения полуреакции окисления используется схема:

CrO₂^ CrO₄^2.

В левой части не хватает двух атомов кислорода, следовательно, в левую часть следует прибавить четыре иона ОН^– (вдвое больше, чем не хватает кислорода), в правую часть – две молекулы воды:

CrO₂^ + 4ОН^ CrO₄^2 + 2H₂O.

Суммарный заряд левой части равен –5, заряд правой части равен –2. Чтобы заряд левой части был равен заряду правой части, необходимо из левой части вычесть три электрона:

CrO₂^ + 4ОН^ – 3ē CrO₄^2 + 2H₂O.

Поскольку отношение чисел электронов, отданных при окислении и принятых при восстановлении, равно 3:2, то, складывая уравнения двух полуреакций, первое следует умножить на 2, а второе – на 3:

CrO2 + 4ОН – 3ē CrO42 + 2H2O	2
Вr2 + 2ē 2Br	3
CrO2 + 8ОН + 3Br2 2CrO42 + 4H2O + 6Br

В молекулярной форме уравнение имеет следующий вид:

2KCrO₂ + 3Br₂ + 8KOH = 2K₂CrO₄ + 6KBr + 4H₂O.