Методы расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях

6.3. Методы расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях

Существуют два метода расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях:

1) метод электронного баланса (МЭБ);

2) метод полуреакций.

В данном пособии будет рассмотрен только метод элек­тронного баланса, при котором учитываются:

а)         сумма электронов, отдаваемых всеми восстановителями, которая равна сумме электронов, принимаемых всеми окислите­лями;

б)         одинаковое число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения;

в)         число молекул воды (в кислой среде) или ионов гидроксида (в щелочной среде), если в реакции участвуют атомы ки­слорода.

Составление уравнений ОВР легче провести в несколько стадий:

Рекомендуемые материалы

1) установление формул исходных веществ и продуктов ре­акции;

2) определение степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции;

3) определение числа электронов, отдаваемых восстанови­телем и принимаемых окислителем, и коэффициентов при вос­становителях и окислителях;

4) определение коэффициентов при всех исходных вещест­вах и продуктах реакции исходя из баланса атомов в левой и правой частях уравнения.

Пример 1

1.            Записываем уравнение реакции:

К₂Сг₂O₇ + K₂SO₃ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Н₂О.

2.       Определяем элементы, изменяющие свою степень окисления в процессе реакции:

К₂Сг₂ ⁺⁶О₇ + K₂S⁺⁴O₃ + H₂SO₄ ® Cr₂⁺³(SO₄)₃ + К₂S⁺⁶O₄ + Н₂О и условно записываем процессы окисления н восстановления элемен­тов в их соединениях:

окислитель Cr⁺⁶ ® Сг⁺³ - процесс восстановления;

восстановитель S⁺⁴ ® S⁺⁶ - процесс окисления.

3.       Затем составляем электронный баланс. Для этого подсчитываем
число электронов, которое нужно присоединить всеми атомами окис­лителя, входящими в состав молекулы-окислителя, и прибавляем их число в левой части схемы процесса восстановлении. В данном приме­
ре хром из степени окисления +6 переходит в степень окислении +3, поэтому нужно прибавить 3 электрона. Однако в молекуле окислителя К₂Сr₂O₇ содержатся два атома хрома, тогда и в соответствующей схеме указываются эти два атома хрома слева и справа и увеличивается в 2 раза число присоединяемых электронов. Аналогично поступаем и с восстановителем, только теперь в левой части схемы отнимаем элек­троны. В результате имеем:

2Сr⁺⁶ +Зе×2 ® 2Сr ⁺³;

S⁺⁴-2e ® S⁺⁶.

Электронный баланс достигается тогда, когда числа электронов в каждой из этих схем, взятых целое число раз, равны друг другу. Для этого находим наименьшее общее кратное для числа отданных и при­нятых электронов - это 6. Видно, что молекула окислителя присоеди­няет в 3 раза больше электронов, чем молекула восстановителя их от­дает. Поэтому, чтобы соблюдался электронный баланс, второй про­цесс - окисление восстановителя - должен осуществляться в три раза чаше, чем первый. Это отражается коэффициентами справа от запи­санных схем:

4.       Полученные коэффициенты ставим перед окислителем и вос­
становителем в левой части уравнения (коэффициент 1 не пишется):

К₂Сr₂O₇ + 3K₂SO₃ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

5.       Далее, сначала уравниваем ионы металла, не изменяющие своей
степени окисления, а участвующие лишь в связывании анионов среды.
В данном примере такими ионами являются ионы К⁺, входившие в со­
став бихромата калия:

К₂Сr₂O₇ + 3K₂SO₃ + H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + Н₂О.

6.         Определяем коэффициент перед средой. Средой является сер­ная кислота, которая поставляет сульфатные группы SO₄^2- для связы­вания катионов в виде солей. В правой части уравнения видно, что в составе солей находится семь сульфатных групп, причем три из них получили в результате окисления сульфита калия. Значит, на солеобразование потребовались оставшиеся четыре сульфатные группы. Поэтому перед формулой серной кислоты в уравнении реакции ста­вим коэффициент 4:

К₂Сr₂O₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + H₂O.

7.         Уравниваем число атомов водорода подбором коэффициентов в правой части уравнения перед водой (коэффициент равен 4):

К₂Сr₂O₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂O.

8.         Проверяем правильность подбора коэффициентов подсчетом числа атомов кислорода слева и справа в уравнении реакции:

7 + 9+16=12+16 + 4;      32 = 32.

Равенство имеется, значит, в уравнении реакции стрелку ® можно заменить знаком равенства. Уравнение реакции составлено:

К₂Сr₂O₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂O.

 Пример 2

1.  Записываем схему реакции без коэффициентов

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

2.  Определяем степени окисления элементов

KMn⁺⁷O₄ + Fe ⁺²SO₄ + H₂SO₄ ® Mn ⁺²SO₄ + Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

Как видно, степень окисления меняется только у марганца и желе­за, у первого она понижается (восстановление), у второго - повышает­ся (окисление).

3.         Определяем число электронов, отдаваемых восстановителем FeSO₄ и принимаемых окислителем КМnО₄:

По уравнению реакции число атомов железа до и после реакции нечетное, для того чтобы их привести к кратным четным значениям, коэффициенты удваиваются:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + H₂SO₄ ® MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

4. Последовательность расстановки коэффициентов в дальнейшем следующая:     

- уравниваем число атомов, изменивших степень окисления;

- уравниваем количество атомов щелочных металлов до и после реакции;

- подсчитываем число атомов серы после и до реакции, разность между этими значениями - коэффициент перед серной кислотой равен 8;

-последними уравниваем атомы водорода: подсчитываем число атомов водорода после и до реакции; коэффициент перед водой равен 8:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ ® 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

5. Проверяем правильность подбора коэффициентов подсчетом числа атомов кислорода слева и справа в уравнении реакции:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄  ® 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения оди­наково, поэтому данное уравнение является окончательным:

2KMnO₄ + l0FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Люди также интересуются этой лекцией: Быстро развивающиеся страны мировой политики.

Пример 3

Fe⁺²S₂^-1 + O₂⁰ ® Fe₂⁺³O₃^-2 + S⁺⁴O₂^-2.

В таких случаях, если больше чем два элемента изменяют степень окисления, определяем суммарное число электронов отданных или присоединенных элементами:

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.