Методы расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР

Подбор коэффициентов в ОВР осуществляется в соответствии с правилом: количество электронов, отданных восстановителем, должно быть равно количеству электронов, полученных окислителем. На этом правиле основаны 2 метода расстановки коэффициентов: метод учета изменения степеней окисления (метод электронного баланса) и ионно-электронный метод (метод полуреакций).

 

1. Расстановка коэффициентов

методом электронного баланса (МЭБ)

Последовательность действий при использовании МЭБ следующая:

- выделяем атомы, элементы которых в исходных веществах и продуктах реакции изменяют степень окисления,

- составляем электронный баланс присоединения и отдачи электронов, по исходным веществам (для ОВР межмолекулярного гида), или по конечным продуктам (для ОВР внутримолекулярного типа и реакций диспропорционирования);

- находим коэффициенты, которые нужно поставить перед формулами веществ, где атомы изменили степень окисления. Для этого сначала находим наименьшее общее кратное для чисел отданных и присоединенных электронов. Соответствующие коэффициенты определяем путем деления наименьшего общего кратного на эти числа;

- расставляем найденные коэффициенты сначала перед формулами веществ, в которых атомы изменили степень окисления, а затем перед формулами оставшихся веществ;

- проверяем правильность нахождения коэффициентов. Обычно это делают по кислороду.

Рассмотрим примеры расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР по МЭБ.

Пример 1. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ +11О₂ 2Fe₂O₃+8SO_2.

Пример 2. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Марганец в КМnO₄ находится в высшей степени окисления (+7), значит, КМnO₄ – окислитель. Продукты его восстановления зависят от кислотности среды, что можно показать схемой:

.

В данном примере реакция идет в кислой среде, значит, продукт восстановления перманганата калия – ион Мn²⁺. Восстановителем будет ион Fe²⁺, который окисляется до Fe³⁺:

.

Основными коэффициентами уравнения будут 1 и 5, но в результате реакции образуется соль Fe₂(SO4)₃, которая содержит два иона Fe (III), поэтому основные коэффициенты нужно удвоить. Подставляем эти коэффициенты сначала в левую, а потом в правую часть схемы реакция, далее подбираем остальные коэффициенты:

.

Пример 3. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Данная реакция относится к реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления.

Определяем элементы, атомы которых изменили степень окисления. В данном случае это азот и кислород.

Записываем электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

Основными коэффициентами уравнения будут (1) и (4), но вступает в реакцию соль Fe(NО₃)₃, которая содержит три атома N⁺⁵, поэтому основные коэффициенты нужно утроить. Подставляем эти коэффициенты (12) и (3) сначала в левую часть.

Конечное уравнение этой реакции:

.

Пример 4. Расставьте коэффициенты в схемах ОВР с участием пероксида водорода.

В молекуле Н₂О₂ атомы кислорода имеют степень окисления (–1), которая является промежуточной между наиболее характерными для кислорода значениями (–2) и (0). Поэтому пероксид водорода в разных условиях может быть как окислителем, так и восстановителем.

Уравнения соответствующих реакций окисления-восстановления с участием Н₂О₂ записываем так:

Н₂О₂-окислитель

Н₂О₂-восстановитель

 

2. Расстановка коэффициентов методом полуреакций

В отличие от метода электронного баланса, в этом методе рассматриваются только ОВР, которые протекают в водных растворах.

Нахождение коэффициентов основано на сложении электронно-ионных уравнении для процессов окисления восстановителя (одна полуреакция) и процессов восстановления окислителя (вторая полуреакция) с последующим суммированием уравнений в общее уравнение. В полуреакциях учитывается характер среды, в котором происходит та или иная реакция. Определим последовательность действий при нахождении коэффициентов:

1. Составляем схему процесса.

Для этого после написания схемы реакции в молекулярном виде записываем в ионном виде восстановитель, окислитель и продукты их взаимодействия. Сильные электролиты записываем в ионном виде, а слабые электролиты, осадки и газы – в виде молекул.

2. Записываем электронно-ионные уравнения.

Чтобы уравнять число атомов кислорода и водорода, которое может входить в состав окисляемых и восстанавливаемых ионов и молекул, необходимо включать в электронно-ионные уравнения молекулы воды и ионы водорода, если реакция протекает в кислой среде, и гидроксид-ионы, если реакция протекает в щелочной среде. При этом возможны два варианта.

I вариант

В исходных ионах (молекулах) атомов кислорода О^-2 больше, чем в получаемых ионах (молекулах). В данном варианте «лишние» атомы кислорода связываются в кислой среде с протонами с образованием молекул воды, а в нейтральной среде с молекулами воды с образованием гидроксид-ионов:

О^-2+2Н⁺ = Н₂0 (кислая среда)

О НОН=2ОН^– (нейтральная или щелочная среда).

II вариант

Если в исходных ионах (молекулах) атомов кислорода меньше, чем в получаемых ионах (молекулах), тогда «недостающие» атомы кислорода берутся в нейтральной и кислой средах из молекул воды, а в щелочной среде из гидроксид-ионов:

Н₂О = О^-2 + 2Н⁺ (нейтральная и кислая среда);

2ОН^– = О^–2 + Н₂О (щелочная среда).

3. Составляем суммарное ионное уравнение реакции.

Для этого уравнения каждую полуреакцию умножаем на такой множитель, чтобы число электронов в процессе окисления было равно числу электронов в процессе восстановления. Затем складываем уравнения обеих полуреакций.

4. Составляем суммарное молекулярное уравнение реакции.

Для этого в левой части ионного уравнения подбираем к каждому аниону катион, а к каждому катиону – соответствующий анион. Затем такие же ионы и в той же последовательности записываем в правой части уравнения.

Рассмотрим как методом полуреакций находят коэффициенты при протекании ОВР в кислой, нейтральной и щелочной средах. Сначала – случай, когда количество атомов кислорода в исходных веществах больше, чем в продуктах реакции (пример 5), а потом – когда это количество меньше, примеры 6 и 7.

Пример 5. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР между Na₂SО₃ и КМnО₄ в кислой среде:

Na₂SО₃ + КМnО₄ + H₂SО₄ = Na₂SО₄ + МnSО₄ + K₂SО₄ + H₂О.

Здесь степень окисления изменяется у серы и марганца.

Пример 6. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР между Na₂SО₃ и КМnО₄ в нейтральной среде:

Na₂SО₃ + КМnО₄ + H₂О = Na₂SО₄ + МnО₂ + KОН.

Пример 7. Расставьте коэффициенты в схеме ОВР между сульфитом натрия и перманганатом калия в сильно щелочной среде:

Na₂SО₃ + КМnО₄ + NaOH Na₂SО₄ + K₂МnО₄ + Na₂МnО₄ +H₂O.

 

Экспериментальная часть