Задесенец-ОбщХим (ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ И НЕОРГАНИЧЕСКУЮ ХИМИЮ Вопросы и задания), страница 4

Коэффициенты расставленыверно. Разворачиваем реакцию:4NiO(OH) + 4H2SO4 → 4NiSO4 + 1O2 + 6H2OПример 2.11. Расставитьдиспропорционирования:Решение.реакцию:коэффициентывреакцииKClO3 → KClO4 + KCl1) Расставим степени окисления и напишем обратную+7−1+5KClO4 + KCl → KClO32) Электронный баланс:Cl+7 + 2e− → Cl+53Cl−1 – 6e− → Cl+51+7−1+5+53Cl + 1Cl → 3Cl + 1Cl = 4Cl+5Подставляем коэффициенты в уравнение:3KClO4 + 1KCl → 4KClO3223,4,5) Баланс по элементам составлен. Разворачиваем реакцию:4KClO3 → 3KClO4 + 1KClРассмотрения требует и случай с неполной компенсацией электронов,т.е.

когда элемент-восстановитель содержит электронов больше, чемтребуется элементу-окислителю, или наоборот, когда элементуокислителю не хватает электронов на полый переход в восстановленнуюформу. В этом случае мы также уравниваем обратную реакцию, сводябаланс по элементу, подвергающемуся полному окислительновосстановительному превращению:Пример 2.12.

Расставить коэффициенты:(NH4)2CrO4 → Cr2O3 + N2 + NH3 + H2OРешение.1) Расставим степени окисления:−3+6+ 30−3(NH4)2CrO4 → Cr2O3 + N2 + NH3 + H2OКак можно видеть, в катионах аммония электронов больше, чем требуетсядля полного восстановления хрома(VI).

Разворачиваем реакцию:Cr2O3 + N2 + NH3 + H2O → (NH4)2CrO42) Электронный баланс:N20 + 6e− → 2N−312Cr+3 – 6e− → 2Cr+6 1N20 + 2Cr+3 → 2N−3 + 2Cr+6Подставляем в уравнение коэффициенты перед окислителем ивосстановителем:1Cr2O3 + 1N2 + NH3 + H2O → (NH4)2CrO4В продуктах ставим коэффициент 2 для Cr+6, т.к. именно хром полностьюменяет свою с.о.:1Cr2O3 + 1N2 + NH3 + H2O → 2(NH4)2CrO4Теперь уравниваем неокисленный азот в виде NH3. В правой части 2·2=4единицы N, тогда перед NH3 нужно поставить 4−1·2=2:1Cr2O3 + 1N2 + 2NH3 + H2O → 2(NH4)2CrO43,4) В правой части 2·2·4=16 единиц H, тогда перед водой нужнопоставить с учетом индекса (16−2·3)/2=5:1Cr2O3 + 1N2 + 2NH3 + 5H2O → 2(NH4)2CrO45) Баланс по O: 1·3+5·1=8=2·4. Коэффициенты расставлены верно.Разворачиваем реакцию:2(NH4)2CrO4 → 1Cr2O3 + 1N2 + 2NH3 + 5H2O23Однако не все реакции разложения можно уравнять методомэлектронного баланса, в этих случаях используют метод материальногобаланса, который будет представлен ниже в §2.5.2.5.

Метод полуреакций. Следующий метод принципиально неотличается от метода электронного баланса и даже более массивен, однакоего применение гораздо полезнее при составлении уравнений ОВР, т.е.когда известны не все продукты или реагенты.В методе полуреакций составляется электронно-ионный баланс, где вуравнениях фигурируют не элементы-окислители или восстановители, ацелые химические формы, их содержащие. Порядок действий в методеполуреакций следующий:1. В уравнении расставляем степени окисления над элементами, находимте, которые их меняют.

Определяем окислитель и восстановитель.2. Составляем полуреакции окисления и восстановления.заключается в двух наиболее важных положениях:Сутьа) При составлении уравнений электронно-ионного балансазаписывают те частицы, которые реально существуют иучаствуют в ОВР. Сильные электролиты записывают в видеионов; слабые электролиты, нерастворимые и газообразныевещества записывают в молекулярной форме.б) Переход электронов от одних частиц к другим рассматривают собязательным учетом характера среды (кислая, нейтральнаяили щелочная). При составлении уравнений процессовокисления или восстановления для уравнивания числа атомовH и O используют молекулы H2O и ионы H+ (в кислой среде)или молекулы H2O и ионы OH− (в щелочной среде).3.

Уравниваем окислитель и восстановитель, записываем реакцию вионном виде.4. Добавляем противоионы к ионам в левой части.5. Распределяем их в правой части, из оставшихся составляемсопутствующие продукты. Записываем реакцию в молекулярном виде.Пример 2.13.

Расставить коэффициенты:KMnO4 + KNO2 + HNO3 → Mn(NO3)2 + KNO3 + H2O24Решение.1) Расставим степени окисления, определяем Ox и Red:+7+3+2+5+5KMnO4 + KNO2 + HNO3 → Mn(NO3)2 + KNO3 + H2OОкислителем является перманганат, восстановителем – нитрит.2) Составим полуреакции восстановления и окисления:а) Восстановление:MnO4− → Mn2+В перманганат-ионе Mn+7 получает 5 электронов и превращается в Mn+2:+7MnO4− + 5e− → Mn2+При этом высвобождающиеся 4 атома O2− в кислом водном раствореприсоединяют ионы H+ и выделяются в виде H2O:MnO4− + 5e− + H+ → Mn2+ + H2OДля четырех атомов O2− требуется 8 катионов H+, и, соответственно,образуется 4 молекулы воды:MnO4− + 5e− + 8H+ → Mn2+ + 4H2Oб) Окисление:NO2− → NO3−+3N из нитрит-иона теряет 2 электрона и превращается в N+5:+3+5NO2− − 2e− → NO3−−Для превращения NO2 → NO3− потребуется еще один атом O2−,источником которого может служить только вода. При этом из молекулыH2O высвобождается 2 катиона H+:NO2− + H2O → NO3− + 2H+3) Электронно-ионный баланс:Записываем полученные полуреакции в систему электронного баланса иуравниваем полученные и отданные электроны между собой тем жеспособом, что и в методе электронного баланса:MnO4− + 5e− + 8H+ → Mn2+ + 4H2O2NO2− − 2e− + H2O → NO3− + 2H+5При домножении и суммировании общее уравнение примет вид:2·MnO4− + 2·5e− + 2·8H+ + 5·NO2− − 5·2e− + 5×H2O →→ 2·Mn2+ + 2·4H2O + 5·NO3− + 5·2H+Электроны взаимно уничтожаются:2MnO4− + 16H+ + 5NO2− + 5H2O → 2Mn2+ + 8H2O + 5NO3− + 10H+Можно видеть, что в обеих частях уравнения присутствуют одинаковыехимические формы.

Их требуется перенести в ту часть, гдесоответствующей формы больше: H+ – в левую, H2O – в правую:2MnO4− + 16H+ − 10H+ + 5NO2− → 2Mn2+ + 8H2O − 5H2O + 5NO3−25После вычитания уравнение в ионном виде примет конечный вариант:2MnO4− + 6H+ + 5NO2− → 2Mn2+ + 3H2O + 5NO3−4) Для того, чтобы перейти молекулярному виду, следует добавитьпротивоионы к соответствующим формам в левой части.

К анионамдобавляем K+, а к катионам – NO3−, учитывая при этом коэффициенты:2MnO4− + 6H+ + 5NO2− →+2K++6NO32−+5K+2KMnO4 + 6HNO3 + 5KNO2 →5) Итого нам потребовалось 7 K+ и 6 NO3−. Теперь необходимораспределить эти ионы в правой части→ 2Mn2+ + 5NO3− + 3H2O+4NO32−+5K++2K++2NO3−+−Незадействованными остались 2 K и 2 NO3 , из которых мы составляем 2KNO3:→ 2Mn(NO3)2 + 5KNO3 + 3H2O + 2KNO3Складываем 5 и 2 KNO3, объединяем обе части и переписываем реакцию вмолекулярном виде:2KMnO4 +6HNO3 + 5KNO2 → 2Mn(NO3)2 + 3H2O + 7KNO32.6. Метод элементного баланса. Данный метод основан на балансеколичества атомов всех элементов в левой и правой частях реакции.Применим он лишь тогда, когда известны все реагенты и продукты.Метод заключается в составлении системы уравнений баланса по всемэлементам и последовательном выражении всех коэффициентов черезодин.

В силу своей громоздкости, его целесообразно использовать в трехслучаях:1. Реакция очень простая. Другие методы уравнивания становятся болееобъемными.2. Реакция разложения одного вещества.3. Реакция крайне сложна, окислительно-восстановительные процессысопряжены со сложными кислотно-основными превращениямихимических форм.Пример 2.14.Расставить коэффициенты:Al + S → Al2S326Решение.Решение очевидно.

В правой части две единицы Al,поэтому в левой части перед Al ставим «2». Аналогично, перед S следуетпоставить «3»:2Al + 3S → Al2S3Пример 2.15.Расставить коэффициенты:KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2Решение.В уравнивании реакций разложения полезно использоватьтот факт, что в левой части уравнения соотношение между элементамиуже задано стехиометрией реагента. Во-первых, требуется найтиэлемент, который присутствует лишь в одном продукте.1) В данном случае это K.

В манганате калий стоит с индексом «2»; чтобырасставить коэффициенты в правой части, ставим перед реагентом ту же«2», а перед самим манганатом «1»:2KMnO4 → 1K2MnO4 + MnO2 + O22) Осталось расставить коэффициенты перед Mn и O. Из форм Mn остаетсялишь добавить «1» MnO2:2KMnO4 → 1K2MnO4 + 1MnO2 + O2Чтобы расставить коэффициенты перед O, остается добавить «1» перед O2:2KMnO4 → 1K2MnO4 + 1MnO2 + 1O2Пример 2.16. Для иллюстрации общего подхода в методе элементногобаланса уравняем несложную реакцию:K2S2O8 + MnSO4 + H2O → KMnO4 + K2SO4 + H2SO4Решение.1) Расставим коэффициенты ni перед продуктами иреагентами:n1 K2S2O8 + n2 MnSO4 + n3 H2O → n4 KMnO4 + n5 K2SO4 + n6 H2SO42) Далее составим уравнения материального баланса по каждому элементу.Для этого требуется задать соотношения между коэффициентами передрегентами, содержащими элемент, и содержащими его продуктами:а) Баланс по K:Количество единиц калия в реагентах определяется количеством K2S2O8, вкаждой единице которого содержится 2 единицы K.