5.4.Электронно-ионный метод составления баланса о/в реакций.

При написании о/в реакций, протекающих в водных растворах, используют метод электронно-ионного баланса, в котором при составлении электронного баланса все участники реакции записываются в виде реально существующих в растворе частиц: молекулы слабых электролитов в виде молекул, сильные электролиты – в виде ионов. Рассмотрим различные варианты составления такого баланса для реакций, протекающих в различных средах.

Реакции, протекающие в кислой среде.

Записываем схему о/в реакции:

KMnO₄ + C₂H₅OH + H₂SO₄  MnSO₄+ CH₃COOH +K₂SO₄ + H₂O

Составляем электронно-инный баланс, для написания которого в правой и левой частях можем использовать H⁺ и H₂O

4. M nO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4 H₂O

5 C₂H₅OH + H₂O + 4e = CH₃COOH + 4H⁺

4 MnO₄^- + 32H⁺ + 5C₂H₅OH + 5H₂O = 4Mn²⁺ + 16H₂O + 5CH₃COOH + 16H⁺

Выделяем одинаковые частицы левой и правой частей суммарного баланса и проводим их сокращение (вычитаем справа и слева по 5H₂O и 16H⁺)

4MnO₄^- + 16H⁺ + 5C₂H₅OH + = 4Mn²⁺ + 11H₂O + 5CH₃COOH

Полученные коэффициенты переносим в написанную ранее схему молекулярного уравнения.

4KMnO₄ + 5C₂H₅OH + 8H₂SO₄ = 4MnSO₄+ 5CH₃COOH +2K₂SO₄ +11H₂O

Реакции, протекающие в щелочной среде.

Записываем схему о/в реакции:

CrCl₃ + PbO₂ + KOH  K₂CrO₄ + K₂PbO₂ + KCl +H₂O

Составляем электронно-инный баланс, для написания которого в правой и левой частях можем использовать H₂O и ОН^-

2 Cr³⁺ + 8OH^- -3е = CrO₄^2- + 4Н₂О

3. PbO₂ + 2е = PbO₂^2-

2Cr³⁺ + 16OH^- + 3PbO₂ = 2CrO₄^2- + 8Н₂О + 3PbO₂^2-

Полученные коэффициенты переносим в написанную ранее схему молекулярного уравнения.

2CrCl₃ + 3PbO₂ + 16KOH  2K₂CrO₄ + 3K₂PbO₂ + 6KCl + 8H₂O

Реакции, протекающие в нейтральной среде.

Записываем схему о/в реакции:

K₂MnO₄ + H₂O  KMnO₄ + MnO₂ + KOH

Составляем электронно-инный баланс, для написания которого в левой части можем использовать H₂O , в правой ионы Н⁺ и ОН^-.

1. MnO₄^2- + 2Н₂О + 2e = MnO₂ + 4OH^-

2. MnO₄^2- -1e = MnO₄^1-

3MnO₄^2- + 2H₂O = MnO₂ + 2MnO₄^1- + 4OH^-

Полученные коэффициенты переносим в написанную ранее схему молекулярного уравнения.

3K₂MnO₄ + 2H₂O  2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH

5.5.Самопроизвольное протекание о/в реакций.

Самопроизвольно при стандартных условиях (25⁰С, 101 кПа, концентрация всех участников реакции 1 моль/л) протекают только те о/в реакции, в которых разность стандартных электродных потенциалов между окисленной и восстановленной системой больше нуля, т.е. Е⁰_{298 (окислителя)} - Е⁰_{298(восстановителя)}  0

Стандартный электродный потенциал Е⁰₂₉₈ – потенциал о/в системы, измеренный в стандартных условиях. Его значения для реакций окисления приведены в справочных таблицах.

Используя знания об условиях самопроизвольного протекания о/в реакций, можно оценить, например, возможность использовать тот или иной реагент в качестве окислителя или восстановителя в рассматриваемой системе.

Так бромная вода Е⁰₂₉₈ = 1,07 В (раствор брома в воде) может быть окислителем для систем, содержащих окислительно-восстановительные реагенты с Е⁰₂₉₈ 1,07 В. Поэтому бромная вода может окислить, например, Fe²⁺ до Fe³⁺ (Е⁰₂₉₈ = + 0,77 В), но не может быть окислителем в системе, содержащий MnO₄^1- в кислой среде (Е⁰₂₉₈ = 1,51 В).