Методи упорядкування окисно-відновних рівнянь реакцій.

В основному застосовують два методи упорядкування рівнянь окисно-відновних реакцій: метод електронного балансу й електронний метод.

Метод електронного балансу заснований на визначенні загального числа електронів, що переміщаються від відновника до окислювача. При упорядкуванні рівнянь окисно-відновних реакцій необхідно:

1. Скласти схему реакції.

2. Визначити, які з елементів змінюють ступінь окислення і записати над відповідними символами в лівій і правій частинах схеми.

3. Скласти електронні рівняння для процесів окислювання і для процесів відновлення елементів і за правилом найменшого кратного визначити коефіцієнти для відновника, окислювача і для продуктів їх перетворення, з огляду на те, що число електронів, що втрачається відновником повинно рівнятися числу електронів, що приєднує окислювач.

4. Коефіцієнти для інших речовин підбираються в останню чергу, починаючи з металів, металоїдів (крім водню та кисню), потім зрівнюємо число атомів водню.

5. Перевірити правильність упорядкування рівнянь підрахунком числа атомів кисню в обох його частинах.

6. Визначити, яка речовина є відновником, а яка – окислювачем. Наприклад, окислювання сірководню марганцевокислим калієм у кислому середовищі. Реакція йде за схемою:

H₂S^-2 + KMn⁺⁷O₄ + Н₂SO₄ → S⁰ + Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

У цій реакції ступінь окислення змінюється в сірки і марганцю. Складаємо електронні рівняння для процесу окислювання і процесу відновлення:

S ^-2 - 2ē = S⁰ 5

10

Mn⁺⁷ + 5ē = Mn⁺² 2

Найменше кратне – 10.

Сірка – відновник, ступінь окислення підвищився від –2 до 0.

Марганець – окислювач, ступінь окислювання знизиться від +7 до +2.

Коефіцієнти 5 і 2 переносимо в рівняння реакції:

5H₂S + 2KMnO₄ + Н₂SO₄ → 5S + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

калій і марганець зрівняли. Підраховуємо кількість груп SO₄^-2. Їх три в правій частині, отже, і в лівій частині перед Н₂SO₄ треба підставити коефіцієнт 3:

5H₂S + 2KMnO₄ + 3Н₂SO₄ → 5S + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Підраховуємо водневі атоми, їх 16 (10 в H₂S і 6 в H₂SО₄). Отже і в правій частині повинно бути 16. Ставимо перед Н₂О коефіцієнт 8:

5H₂S + 2KMnO₄ + 3Н₂SO₄ → 5S + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

Порівняємо баланс по кисневих атомах: у правій частині 20 і в лівій частині 20.

Електронно-іонний метод передбачає роздільне упорядкування іонних рівнянь для процесів окислення і відновлення з наступним підсумовуванням їх у загальне рівняння. Для цього необхідно:

1. Скласти іонну схему реакції, користуючись загальними правилами упорядкування іонних рівнянь, тобто записати сильні електроліти у вигляді іонів, а неелектроліти – слабкі електроліти, гази, осади – у вигляді молекул.

2. Скласти електронно-іонне рівняння окремо для процесу окислення по таких правилах:

а) якщо продукт реакції містить менш кисню, ніж вхідний продукт, то в кислому середовищі кисень, що звільняється, зв’язується з Н⁺ іонами, у результаті чого утворюється вода; у нейтральній – кисень, що звільняється, взаємодіє з водою, створюючи гідроксильні ОН^- групи,

б) алгебраїчна сума зарядів зліва і справа від знака рівності повинна бути однаковою.

Складаємо розглянуте вище (по першому методу) рівняння окисно-відновної реакції цим методом.

Визначимо відновник і окислювач, складемо рівняння для процесу окислення і відновлення окремо.

Реакція окислення: H₂S -2ē = S + 2Н⁺

Реакція відновлення: MnO₄^-1 + 5ē+8H⁺ = Mn⁺² + 4H₂O

Запишемо обидва електронно-іонні рівняння друг під другом і визначимо коефіцієнти для окислення і відновлення:

H ₂S -2ē = S + 2Н⁺ 5

MnO₄^-1 + 5ē+8H⁺ = Mn⁺² + 4H₂O 2

Тому що загальне число електронів прийнятих окислювачем, повинно дорівнювати загальному числу електронів, відданих відновником, множимо перше рівняння на 5, а друге – на 2. Це і є коефіцієнти окислювача і відновника. Сумуємо обидва рівняння з урахуванням електронного балансу:

5H₂S + 2MnO₄¹ + 16H¹ = 5S + 2Mn⁺² + 10Н¹ + 8H₂O

остаточний вид рівняння в іонному вигляді:

5H₂S + 2MnO₄¹ + 6H⁺ = 5S + 2Mn⁺² + 8H₂O

У нейтральному (і слабко лужному) середовищу:

S O₃^-2 +H₂O - 2ē = SO₄^-2 + 2H⁺ 3

MnO₄^-1 + 2H₂O + 3ē + 8H⁺ = MnO₂ + 4OH^- 2

2MnO₄^-1 + SO₃^-2 +2OH^- = 2MnO₄^-2 + SO₄^-2 + H₂O

У сильно лужному середовищі:

S O₃^-2 +2OН^- - 2ē = SO₄^-2 + H₂О 3

MnO₄^-1 + ē = MnO₄^-2 2

2MnO₄^-1 + SO₃^-2 +2OH^- = 2MnO₄^-2 + SO₄^-2 + H₂O

Таким чином, будь-яка окисно-відновна реакція є ілюстрацією основного закону діалектики єдності і боротьби протилежностей.