Примеры решения типовых задач.

Пример 1. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса.

Задача. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции окисления дисульфида серы (II) кислородом.

Решение. Продуктами этой реакции являются SO₂ и Fe₂O_3. Соответственно степень окисления железа изменяется от +2 до +3, степень окисления серы – от –1 до +4, степень окисления кислорода – от 0 до –2. Можно видеть, что функцию восстановителя в этой реакции выполняют совместно Fe²⁺ и S₂^2-, функцию окислителя – О₂. В этой связи представим реакции окисления и восстановления схемой:

11	О2 + 4е 2 О2-	восстановление, окислитель О2
4	Fe2+ – 1е Fe3+ S22- – 10е 2 S4+	окисление, восстановитель FeS2

4 FeS₂ + 11О₂ 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

По числу принятых кислородом и отданных FeS₂ электронов определяем коэффициенты перед окислителем и восстановителем. С учетом поэлементного баланса находим коэффициенты перед формулами продуктов реакции.

Пример 2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронно-ионного баланса.

Задача. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между перманганатом калия и сульфитом натрия в среде серной кислоты.

Решение. KMnO₄ и Na₂SO₃ – сильные электролиты, поэтому в растворе они практически полностью диссоциируют на ионы. Окисляющим началом является анион MnO₄^– , в котором марганец находится в степени окисления +7. В то же время у серы в сульфит-анионе имеется ресурс окисления до сульфат-аниона, поэтому он является восстановителем. Известно, что в кислой среде перманганат-анион восстанавливается до Mn²⁺. Поэтому уравнения полуреакций записываются в виде:

2	MnO4 – + 8Н+ + 5е Mn2+ + 4 Н2О	восстановление, окислитель KMnO4
5	SО32– + Н2О – 2е SО42– + 2Н+	окисление, восстановитель Na2SO3

2MnO₄ ^– + 16Н⁺ + 5SО₃^2– +5Н₂О 2Mn²⁺ + 8 Н₂О + 5SО₄^2– + 10Н⁺

Можно видеть, как пара Н⁺ – Н₂О осуществляет перераспределение кислорода между реагентами и продуктами реакции.

Коэффициенты перед строками уравнений полуреакций отражают требования электронного баланса: количество электронов, принятых окислителем должно быть равно количеству электронов, отданных восстановителем. Суммирование левых и правых частей уравнений реакций с учетом умножения их на указанные коэффициенты дает уравнение окислительно-восстановительной реакции в ионно-молекулярной форме, приведенное под чертой. Сокращение подобных членов в этом уравнении приводит к более компактной его форме

Переход к молекулярной форме приводит к окончательному виду уравнения: .

Пример 3. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в нейтральной среде.

Задача. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между сульфатом марганца(II) и перманганатом калия.

Решение. Продуктом этой реакции является MnO₂, следовательно, в роли окислителя выступает анион , а восстановителя –. Составляем уравнение полуреакции, учитывая, что в левой части этих уравнений в качестве перераспределителя кислорода выступает вода.

2	MnO4 – + 2Н2О + 3е MnО2 + 4ОН –	восстановление, окислитель MnO4–
3	Mn2+ + 2Н2О – 2е MnО2 + 4Н+	окисление, восстановитель Mn2+

2MnO₄ ^– + 10Н₂О + 3Mn²⁺ 5MnО₂ + 8ОН ^– + 12Н⁺.

Суммирование левых и правых частей уравнений полуреакций с учетом умножения их строк на приведенные коэффициенты дает ионно-молекулярное уравнение, представленное под чертой. С учетом того, что рекомбинация 8Н ⁺ и 8ОН ^– в правой части этого уравнения дает 8 молекул воды, сокращаем воду в левой и правой частях и получаем уравнение

2MnO₄ ^– + 2Н₂О + 3Mn²⁺ 5MnО₂ + 4Н⁺.

Переход к молекулярной форме приводит к окончательному виду уравнения:

.

Пример 4. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций с участием органических соединений.

Задача. Составьте уравнение реакции окисления этилбензола перманганатом калия в нейтральной среде.

Решение. Роль окислителя в этой реакции выполняет перманганат-анион, а восстановителя – этилбензол, . В нейтральной среде перманганат-анион переходит в, а этилбензол деструктивно окисляется до бензойной кислоты и углекислого газа. В этой связи уравнение полуреакций записывается в виде

4	MnO4 – + 2Н2О + 3е MnО2 + 4ОН –	восстановление, окислитель MnO4–
1	+ 4Н2О – 12е + + 12Н+	окисление, восстановитель

4MnO₄ ^– + 12Н₂О + 4MnО₂ + ++ + 12 Н₂О + 4ОН ^–

Сокращая воду в левой и правой частях полученного уравнения и учитывая взаимодействия

+ ОН ^– + Н₂О

+ 2ОН ^–+ Н₂О,

приходим к уравнению

4MnO₄ ^– + 4MnО₂ +++2Н₂О+ ОН^-