Метод электронно-ионного баланса

Метод электронного баланса.

Методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций.

Методы уравнивания ОВР основаны на записи полуреакций окисления и восстановления.

Этот метод используется для уравнивания ОВР, протекающих в газовой и (или) твердой фазе.

Алгоритм метода:

1. Найти атомы, у которых изменяется СО и составить схему полуреакций окисления и восстановления с участием этих атомов.

2. Уравнять каждую полуреакцию, добиваясь:

· материального баланса (равенства числа атомов каждого элемента в правой и левой частях уравнения)

· баланса по зарядам (равенства суммарных зарядов в правой и левой частях уравнения реакции). Для этого в левой части полуреакции добавляют или вычитают из неё необходимое количество электронов.

3. Умножить каждую полуреакцию на коэффициенты:

· учитывающие стехиометрию реагирующих (образующихся) молекул (численное отношение между атомами в полуреакциях должно соответствовать стехиометрии молекул)

· для достижения электронного баланса: сумма отданных электронов должна быть равна сумме принятых электронов.

4. Сложить полуреакции (при этом Se = 0).

5. Проверить материальный баланс.

З-2. Уравнять ОВР методом электронного баланса.

Шаги ал-горитма	Решение
а)MnS + O2 = Mn3O4 + SO2
1), 2)	Mn^+2 –^2/3e ® Mn^+8/3 ^х3, т.к. образуется молекула Mn3O4 S^-2 – 6e ® S^+4 ^х3, т.к. число атомов Mn и S в MnS равны O^0 + 2e ® O^-2 ^х2, т.к. образуется молекула О2
2), 3)	3Mn^+2 –2e ® 3Mn^+8/3 |^х1 полуреакции 3S^-2 – 18e ® 3S^+4 | окисления О2^0 + 4e ® 2O^-2 ^х5 полуреакция восстановления
4), 5)	(3Mn^+2 + 3S^-2) – 20e = 3Mn^+8/3 + 3S^+4 5О2^0 + 20e = 10O^-2 + 3MnS + 5O2 = Mn3O4 +3SO2
б)NH4NO3 = N2O + H2O (реакция сопропорционирования)
1) - 5)	N^-3 – 4e = N^+ ^х1 полуреакция окисления N^+5 + 4e = N^+ ^х1 полуреакция восстановления NH4NO3 = N2O + 2H2O
в) KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
1)-3)	Mn^+7 + e = Mn^+6 на 1 моль MnO2 приходится 1 моль K2MnO4, Mn^+7 + 3e = Mn^+4 т.к. иначе не будет баланса по K^+. O^-2 – 2e = ^1/2O2^0
4), 5)	2Mn^+7 + 4e = Mn^+6+ Mn^+4 ·1 полуреакция восстановления O^-2 – 2e = ^1/2O2^0 ·2 полуреакция окисления 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
г) K2MnO4 = K3MnO4 + MnO2 + O2
1) – 5)	3Mn^+6 + 4e = 2Mn^+5+ Mn^+ требование баланса по K^+ 2O^-2 – 4e = O2^0 3K2MnO4 = 2K3MnO4 + MnO2 + O2
Ясно, что если разложение KMnO4 (в) сопровождается разложением K2MnO4 (г), то суммарный процесс нельзя уравнять однозначно.

ОВР, протекающие в водных растворах, расплавах и других ионизирующих растворителях уравнивают методом электронно-ионного баланса. При составлении полуреакций используются реальные ионы и (или) молекулы, присутствующие в растворе. Если вещество нерастворимо – оно записывается в недиссоциированном виде. Если атомы, у которых изменяется СО, входят в состав сразу нескольких частиц, то используются те частицы, концентрация которых преобладает. Например, в водном растворе слабой кислоты H₂S присутствуют анионы и, причём [ H₂S ]>>[ HS ¯]>>[ S² ¯]. Поэтому, из всех частиц, содержащих серу, для уравнивания используем H₂S.

Алгоритм метода:

1. Найти частицы, атомы которых меняют СО и составить полуреакции с их участием. При этом необходимо учитывать электролитическую диссоциацию и влияние рН среды (сильные электролиты диссоциируют полностью, слабые кислоты – только в щелочной среде, слабые основания – только в кислой).

2. Уравнять полуреакции, добиваясь:

· материального баланса. Для достижения материального баланса в водных растворах можно использовать молекулы Н₂О, кроме того, в кислой среде - катионы Н⁺, в щелочной – OH ¯, в нейтральной – или Н⁺ или OH ¯ (табл.2).

· баланса по зарядам (равенства суммарных зарядов всех ионов и электронов в левой и правой частях уравнения). Для этого к левой части полуреакции добавляют или вычитают из неё необходимое количество электронов.

3. Умножить полуреакции на коэффициенты, добиваясь выполнения условия: число отданных электронов (в полуреакции окисления) равно числу принятых электронов (в полуреакции восстановления).

4. Сложить обе полуреакции, в результате чего получится запись уравнения в ионной форме.

5. Добавить к левой и правой частям ионного уравнения одинаковое количество противоионов.

6. Записать уравнение в молекулярной форме.

Таблица 2. Использование OH ¯, Н₂О и Н⁺ для уравнивания ОВР.

Нарушение материального баланса в левой части	pH £ 7	pH ³ 7
Недостаток nO^2- (Mn^2+ ® MnO4¯)	+ nH2O ® + 2nH^+ (Mn^2+ + 4H2O ® ® MnO4¯+ 8H^+)	+ 2nOH¯ ® + nH2O (Mn^2+ + 8OH¯® ®MnO4¯+ 4H2O)
Недостаток mH^+ (O2 ® 2H2O)	+ mH^+ ® (O2 + 4H^+® 2H2O)	+ mH2O ® + mOH¯ (O2 + 2H2O ® 4OH¯)

Иногда возникает необходимость полуреакцию, или реакцию, составленную для кислой среды, уравнять для щелочной среды (или наоборот). В этом случае к обеим частям уравнения необходимо прибавить соответствующее количество противоионов OH^- (или H⁺).

Например: O₂ + 4H⁺ +4e = 2H₂O (pH £ 7)

+ 4OH¯ + 4OH¯

O₂ + 2H₂O +4e = 4OH¯ (pH ³ 7)

П-3. Уравнять ОВР методом электронно-ионного баланса.

Cr₂(SO₄)₃ + KMnO₄ + H₂O ® Cr₂O₇^2- + Mn²⁺ + …

Шаги ал-горитма	Решение
1)	2Cr^3+® Cr2O7^2- MnO4¯® Mn^2+
2)	2Cr^3+ + 7H2O – 6e ® Cr2O7^2- + 14H^+ ½^x5 MnO4¯+ 8H^+ + 5e ® Mn^2+ + 4H2O ½^x6
3)	10Cr^3+ + 35H2O – 30e ® 5Cr2O7^2- + 70H^+ 6MnO4¯+ 48H^+ + 30e ® 6Mn^2+ + 24H2O
4)	10Cr^3+ + 11H2O + 6MnO4¯ ® 6Mn^2+ +5Cr2O7^2- + 22H^+
5)	10Cr^3+ + 15SO4^2- + 11H2O + 6MnO4¯ + 6K^+® ® 6Mn^2+ +5Cr2O7^2- + 22H^++ 15SO4^2- + 6K^+

Применим метод электронно-ионного баланса для уравнивания реакций с участием пероксида водорода.

H₂O₂ может выступать как в роли восстановителя, так и в роли окислителя, а также разлагаться в результате диспропорционирования.

Окислительные свойства H₂O₂

H₂O₂ + KI + H₂SO₄ ® H₂O + I₂ + K₂SO₄

1÷ H₂O₂ + 2H⁺ + 2e ® 2H₂O восстановление

1÷ 2I¯ - 2e ® I₂ окисление

H₂O₂ + 2KI + H₂SO₄ ® 2H₂O + I₂ + K₂SO₄

PbS + H₂O₂ ® PbSO₄ + H₂O

4÷ H₂O₂ + 2H⁺ + 2e ® 2H₂O восстановление

1÷ PbS + 4H₂O – 8e ® PbSO₄ + 8H⁺ окисление

Дата добавления: 2014-01-20