Способы уравнивания окислительно-восстановительных реакций

Подбор стехиометрических коэффициентов в ОВР можно проводить различными методами. Рассмотрим подробно метод электронного баланса на примере реакции: Ca₃(PO₄)₂ + C + SiO₂ Þ CaSiO₃ + P + CO

Порядок нахождения коэффициентов следующий:

а) Определяем элементы, меняющие степень окисления – это P и C.

б) Составляем электронные уравнения процессов восстановления и окисления, учитывая количество атомов восстановителя или окислителя в исходных молекулах:

2P⁺⁵ + 10ē → 2P⁰, процесс восстановления, P⁺⁵ – окислитель.

C⁰ - 2ē → C⁺², процесс окисления, C⁰ – восстановитель.

в) Находим наименьшее общее кратное, чтобы уравнять количество электронов в процессах окисления и восстановления:

2P⁺⁵ + 10ē → 2P⁰

C⁰ - 2ē → C⁺²

г) Подставим найденные из электронного баланса коэффициенты в уравнение ОВР: Ca₃(PO₄)₂ + 5C + SiO₂ Þ CaSiO₃ + 2P + 5CO

д) Подбор следующих коэффициентов осуществляем в строгой последовательности:

· уравниваем катионы, не меняющие степень окисления (в данном случае – Ca⁺²);

· уравниваем неметаллы, не меняющие степень окисления (Si⁺⁴);

· уравниваем атомы водорода (в данном случае они отсутствуют).

Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ Þ 3CaSiO₃ + 2P + 5CO

е) правильность подбора коэффициентов проверяем просчитывая число атомов кислорода в правой и левой части уравнения. Если число атомов кислорода в правой и левой частях не совпадает, то необходимо начинать проверку с самого начала – с определения степени окисления.

В некоторых реакциях кислоты, выступающие как окислитель (или восстановитель), могут выполнять и роль среды, выступая в качестве солеобразователя без изменения степени окисления:

Cu + HNO_3(конц.) → Сu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Cu⁰ - 2ē → Cu⁺² 2 1 Cu⁰ – восстановитель, окисление

N⁺⁵ + ē → N⁺⁴ 1 ² 2 N⁺⁵ – окислитель, восстановление

 

Cu + 2HNO_{3(окислитель)} + 2HNO_{3(солеобразователь)} → Сu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Итоговое: Cu + 4HNO₃ → Сu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

 

.

Для иллюстрации использования метода полуреакций для уравнивания ОВР рассмотрим также последнюю реакцию:

KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + KCl + Cl₂ + H₂O

(Mn⁺⁷O₄)^- + 5ē + 8H⁺ → Mn⁺² + 4H₂O

2Cl^- - 2ē → Cl₂

Число протонов H⁺ определяется тем, сколько молекул H₂O должно образоваться в правой части уравнения из четырех атомов кислорода, входящих в состав молекулы KMnO₄. Затем уравниваем число отданных и принятых электронов и подставляем, полученные коэффициенты в ОВР:

2(Mn⁺⁷O₄)^- + 16H⁺ + 10Cl^- → 2Mn⁺² + 8H₂O + 5 Cl₂

И, наконец: 2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 2KCl + 5Cl₂ + 8H₂O

Рассмотрим еще пример: KClO₃ + HCl Þ KCl + Cl₂ + H₂O

Cl⁺⁵O₃^- + 6H⁺ + 6ē Þ Cl^- + 3H₂O 1

2Cl^- - 2ē Þ Cl₂ 3

 

 

ClO₃^- + 6H⁺ + 6Cl^- Þ Cl^- + 3H₂O + 3Cl₂

KClO₃ + 6HCl Þ KCl + 3H₂O + 3Cl₂

Правила:

Кислая среда

1. В кислой среде для связывания кислорода в кислородсодержащем ионе (молекуле) в полуреакциях используется протоны. Количество протонов должно быть в два раза больше атомов кислорода, которые связываются. При этом образуется вода, число которой равно количеству связанного кислорода – реакция восстановления.

ЭлО_x^y- +2yH⁺ → Эл^z+ + yH₂O или ЭлО_x^y- +2aH⁺→ ЭлO_(x-a) ^z+ + aH₂O

Например:

MnO₄^-+ 5ē + 8H⁺ → Mn⁺² + 4H₂O и NO₃^-+ 3ē + 4H⁺ →NO + 2H₂O

2. В кислой среде при образовании кислородсодержащего иона (молекулы) из некислородсодержащего иона или молекулы используется вода. Одна молекула воды прибавляет один атом кислорода, при этом образуется 2 протона – реакция окисления.

Эл^z+ + xH₂O → ЭлО_x^y- +2xH⁺

Например:

S^2- + 4H₂O → SO₄^2- + 8H⁺ или H₃PO₃ + H₂O→ H₃PO₄ + 2H⁺

Щелочная среда

1. В щелочной среде для связывания кислорода в кислородсодержащем ионе (молекуле) в полуреакциях используется вода. Количество воды должно быть столько же, сколько атомов кислорода, которые связываются. При этом образуется гидроксид-ионы, число которых в 2 раза больше, чем связанного кислорода – реакция восстановления.

MnO₄^- +2 H₂O → MnO₂ + 4OH^-

2. В щелочной среде при образовании кислородсодержащего иона (молекулы) из некислородсодержащего иона или молекулы используется гидроксид-ионы. При этом образуется вода, число которой в два раза меньше чем гидроксид – ионов

Например:

B₄O₇^2- + 10OH^- → 4 BO₃^- + 5H₂O