Раздел «Окислительно-восстановительные реакции»

Одним из методов подбора коэффициентов к окислительно-восстановительной реакции (ОВР) является метод ионно-электронных уравнений (метод полуреакций), в котором уравнения процессов восстановления и окисления, т.е. отдельные полуреакции, записывают с учетом реально существующих в растворе частиц (ионов сильных электролитов, молекул слабых электролитов, газов или труднорастворимых соединений с указанием среды: нейтральной H₂O, кислотной H⁺, щелочной OH^-).

В водных растворах связывание или присоединение избыточных атомов кислорода окислителем и восстановителем происходит по-разному в разных средах.

В кислой среде избыток кислорода у окислителя в левой части полуреакции связывается ионами водорода с образованием молекулы воды в правой части, в нейтральной и щелочной средах избыток кислорода связывается молекулами воды с образованием гидроксид- иона по уравнениям:

Ox + a H⁺ + ze Û Red + b H₂O, (кислая среда),

Ox + c H₂O+ ze Û Red + d OH^-, (нейтральная или щелочная среда),

где Ox – окислитель (например, MnO₄^-), Red – восстановленная форма окислителя (например, Mn²⁺), ze – количество электронов, принятое окислителем, a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты.

Присоединение избыточного кислорода восстановителем в кислой и нейтральной среде осуществляется молекулами воды с образованием ионов водорода, в щелочной среде – гидроксид-ионами с образованием молекул воды по уравнениям:

Red + a H₂O Û Ox + b H ⁺ + ze, (кислая или нейтральная среда)

Red + c OH^- Û Ox + d H₂O + ze, (щелочная среда).

Пример 1. Подберите коэффициенты к ОВР, используя метод ионно-электронных уравнений (метод полуреакций):

KMnO₄ + SO₂ + KOH ® K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

1. Расставив степени окисления атомов, находим окислитель и восстановитель в левой части уравнения

+7 +4 +6 +6

KMnO₄ + SO₂ + KOH ® K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

окислитель восстановитель

(Ox) (Red)

2. Записываем уравнения процессов окисления и восстановления, составляя для каждой полуреакции ионно-электронный и материальный баланс (количество одинаковых атомов и сумма зарядов в левой и правой частях полуреакции должно быть равным):

MnO^-₄ + e Û MnO₄^2-, (процесс восстановления)

SO₂ + 4 OH^- Û SO₄^2- + 2 H₂O + 2 e, (процесс окисления).

В полуреакции окисления молекула SO₂ присоединяет два атома кислорода, которые в щелочной среде могут образовывать молекулы воды или OH^—ионы.

3. Исходя из электронейтральности веществ в растворе, находим дополнительные множители к наименьшему общему кратному количества участвующих в реакции электронов и суммируем уравнения процессов окисления и восстановления:

MnO^-₄ + e ® MnO₄^2- 2

SO₂ + 4 OH^- -2 e ® SO₄^2- + 2 H₂O 1

2 MnO^-₄ + SO₂ + 4 OH^- ® 2 MnO₄^2- + SO₄^2- + 2 H₂O

или в молекулярной форме

2 KMnO₄ + SO₂ + 4 KOH ® 2 K₂MnO₄ + K₂SO₄ + 2H₂O.

4. Проводим проверку подобранных коэффициентов по материальному балансу атомов элементов в левой и правой частях уравнения.