Уравнения окислительно-восстановительных реакций

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции обычно подразделяются на четыре типа: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирование и конпропорционирование.

В межмолекулярных окислительно-восстановительных реакциях окислитель и восстановитель – различные вещества. Например, в реакции

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

окислителем является кислород O₂, а восстановителем аммиак NH₃, а в реакции

5K₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O

окислитель – перманганат калия KMnO₄, а восстановителем – сульфит калия K₂SO₃.

Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции отличаются тем, что элементы окислитель и восстановитель (разные элементы) содержатся в составе одного и того же соединения. Например, в реакции

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

восстановителем являются атомы азота, а окислителем атомы хрома в составе разлагающегося дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇.

Диспропорционирование (или дисмутация) отличается тем, что окисляются и восстанавливаются атомы одного и того же элемента. Например, в реакции

3Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

окисляются и восстанавливаются атомы хлора.

Реакции конпропорционирования – это реакции, обратные реакциям диспропорционирования. В таких реакциях атомы одного и того же элемента (в разных соединениях и в различных степенях окисления) окисляют и восстанавливают друг друга; обычно продуктом этих реакций является простое вещество, в котором этот элемент имеет нулевую степень окисления:

5HI + HIO₃ = 3I₂ + 3H₂O

Пример 8. Определите тип каждой из данных окислительно-восстановительных реакций:

1) KI + HNO₃ → KIO₃ + NO₂ + H₂O 2) KClO₄ → KCl + O₂

3) K₂SO₃ → K₂SO₄ + K₂S 4) H₂S + SO₂ → S + H₂O

Решение. Запишем схемы реакций с указанием степени окисления тех элементов у которых она изменяется:

1) K + H O₃ K O₃ + O₂ + H₂O; 2) K ₃ K + ₂

3) K₂ O₃ K₂ O₄ + K₂ ; 4) H_{2 +} O₂ + H₂O;

В первой реакции восстановитель (KI) и окислитель (HNO₃) – разные вещества, следовательно, эта реакция межмолекулярная.

Во второй реакции окислитель (хлор) и восстановитель (кислород) находятся в составе одного вещества (KClO₃), поэтому данная реакция внутримолекулярная.

В третьей реакции окисляется и восстанавливается один и тот же элемент – сера в составе K₂SO₃, поэтому в данной реакции происходит диспропорционирование серы.

В последней реакции окисляется и восстанавливается один и тот же элемент сера в составе H₂S и SO₂, поэтому данная реакция – реакция конпропорционирования.

Определение коэффициентов перед формулами веществ (стехиометрических коэффициентов) в уравнениях окислительно-восстановительных реакций проводят двумя методами: электронного баланса и полуреакций. Студенты нехимических специальностей изучают только метод электронного баланса.

По методу электронного баланса сначала находят окислитель, восстановитель и элементы, у которых изменяется степень окисления, например:

вос ок

После этого записывают электронные схемы отдачи электронов восстановителем и их присоединения окислителем:

2

3

Цифры справа от вертикальной черты показывают, какими должны быть наименьшие числа атомов восстановителя и окислителя, чтобы число отданных и присоединенных электронов было одинаковым. Они являются стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

Метод электронного баланса не согласуется с современными данными, полученными при исследовании механизма реакций. В большинстве окислительно-восстановительных реакций перехода электронов от атома к атому не происходит, а причиной изменения степени окисления элементов является изменение состава и строения веществ. Поэтому электронные схемы в методе электронного баланса не отражают реального механизма окислительно-восстановительных реакций. Но подбирать стехиометрические коэффициенты этим методом можно, если схема реакции дана полностью, если известны исходные вещества и продукты реакции.

Пример 9. Покажите, что стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций, которые приведены в п. 5. (Классификация окислительно-восстановительных реакций) определены правильно.

Решение. В п. 5. приведены уравнения пяти реакций; покажем электронные схемы окисления и восстановления для первых четырёх реакций

1) 4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

2 – 6e = ₂ 2

_{2 +} 4e = 2 3

2) 5K₂SO₃ + 2K₂MnO₄ + 3H₂SO₄ = 5K₂SO₄ + 2MnSO₃ + 3H₂O

– 2e = 5

+ 5e = 2

3) (NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

2 – 6e = ₂ 1

2 + 6e = 2 1

4) 3Cr₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

₂ – 10e = 2 1

Cl₂ + 2e = 2 5

Схемы электронного баланса свидетельствуют о том, что коэффициенты в уравнениях реакций определены правильно.

Дата добавления: 2014-12-16